G22 Stored Stroke Limit Check ON 명령어로 CNC 충돌 방지하기

서론

회전하는 tool turret이 공작물 chuck jaws나 심압대 본체, 혹은 spindle에 직격하는 물리적 충돌 사고는 자동화 생산 라인을 즉시 중단시키는 가장 심각한 요인이다. 활성 보정 모드 중에 좌표계 오프셋이 예기치 않게 변경되거나 조율되지 않은 수동 개입이 일어날 경우, 공구대가 의도된 공간적 한계를 넘어 급속 이송으로 돌진하게 된다. 이 파라미터를 검증하지 않고 양산에 들어가면, pallet 교환 후 두 번째 사이클부터 치수 편차가 누적되어 최종 검사에서 불량이 발견된다. 비계획적인 라인 정지로 인한 비가동 시간 증가와 불량률의 치솟음을 방지하기 위해 CNC 프로그래머들은 stored stroke limit check 및 working area limitation을 반드시 설정해야 한다.

이 안전 시스템은 chuck에 고정된 공작물이나 심압대로 지지된 원자재 주변에 가상의 진입 금지 구역을 설정하여, 공구 끝이나 공구 홀더가 이 구역에 진입하기 전에 이송을 자동으로 감속하고 정지시킨다. 소프트웨어 기반의 이 안전 배리어는 작업자의 프로그래밍 실수나 좌표 설정 오류로부터 CNC 장비를 보호하는 전자적 안전장치 역할을 수행한다.

기술 요약

핵심 요약

• 구문 정지를 방지하기 위해 배리어 활성화 및 비활성화 명령어(G22/G23, WALIMON/WALIMOF)를 독립적인 블록에 프로그램하십시오.
• 경계에 접근하기 전에 공구 길이 보정이 활성화되어 있는지 확인하십시오. 보정이 비활성화되면 검사 기준이 공구 홀더로 이동하여 chuck 충돌 위험이 발생합니다.
• look-ahead 버퍼 오버런 및 윤곽 과절삭(gouging)을 방지하기 위해 반경 보정 상태에서 이동이 없는 블록을 N-2단계 미만으로 제한하십시오.
• 자동 cycle 도중 심압대 안전 배리어가 프로그램에 의해 우회되지 않도록 Fanuc *TSB와 같은 PLC 신호를 모니터링하십시오.
• 금지된 stored stroke 구역 내에 갇힌 공구를 회수할 때는 G23을 적용하여 일시적으로 경계를 비활성화하십시오.
• 물리적 fixture에 맞추기 위해 활성 평면에 상응하는 좌표계 경계를 수립하십시오(예: G19 YZ 평면 선택 사용).

기본 개념

stored stroke limit check는 절삭 공구의 물리적 이송 범위를 제한하여 주요 공작물 고정 장치 및 원자재 주변에 가상의 진입 금지 구역을 설정합니다. chuck에 고정되거나 심압대로 지지된 공작물의 물리적 경계를 정의함으로써, 제어 시스템은 공구 코(tool nose)가 이 보호 영역에 진입하는 것을 방지하여 안전 경계에서 축 이동을 자동으로 중지시킵니다. 이 소프트웨어 기반의 배리어는 작업자의 프로그래밍 실수와 좌표계 오프셋 오류로부터 CNC 장비를 보호하는 전자 가드레일 역할을 합니다.

축이 마이크로 스위치에 물리적으로 접촉할 때만 작동하는 하드웨어 리미트 스위치와 달리, stored stroke limit는 CNC 인터프리터에 의해 지속적으로 모니터링됩니다. 시스템은 설정된 경계 파라미터와 현재 좌표를 비교하여 평가합니다. 궤적 침범이 감지되면 시스템은 물리적 충돌이 발생하기 전에 모든 축을 감속하여 정지시킵니다. 이 안전 영역은 자동 공작물 언로딩이나 turret 선회 시와 같이 공구가 특정 영역에 진입하거나 이탈할 수 있도록 프로그램 상에서 활성화 또는 비활성화할 수 있습니다.

명령 구조

안전 경계를 위한 명령 구조는 반드시 독립적인 블록에 프로그램해야 하는 특정 준비 코드에 의존합니다. G22 명령어는 stored stroke limit check를 활성화하여 chuck 및 심압대 경계를 활성 진입 금지 구역으로 설정합니다. G23 명령어는 limit check를 비활성화하고 활성 경계를 취소하여 공구 교환이나 원자재 로딩을 위해 보호 영역 내로 축이 이동할 수 있도록 허용합니다.

제조업체와 활성 좌표계에 따라 경계는 G-code 파라미터 또는 미리 로드된 시스템 변수를 통해 동적으로 정의될 수 있습니다. 경계를 직접 프로그래밍할 때, 절대 좌표 주소는 보호 영역의 양방향 및 음방향 한계를 정의합니다. 제어 시스템은 이러한 좌표 값을 활성 G-code 상태와 비교 평가하며, 장비가 G20 inch 입력 또는 G21 metric 입력 표준 하에서 작동하는지 여부에 따라 내부 검증 파라미터를 조정합니다.

G-Code Syntax

; Fanuc 구문
G22 ;
G23 ;
G22 Xp_ ;
; Siemens 구문
G25 X_ Y_ Z_ ;
G26 X_ Y_ Z_ ;
WALIMON ;
WALIMOF ;
WALCS1 ;
WALCS0 ;
; Mitsubishi 구문
G22 ;
G23 ;
G22 X_ Z_ C_ I_ J_ K_ ;
G22.1 X_ Y_ Z_ I_ J_ K_ ;

Command Parameters

브랜드별 응용

Fanuc

Fanuc 제어기는 stored stroke limit check를 사용하여 공작물 chuck 및 심압대 주변에 가상의 안전 영역을 설정합니다. 시스템 초기화 기본값은 전원 투입 시 G22의 활성화 여부를 지시하는 Parameter No. 3402 Bit 7에 의해 결정됩니다. 또한 제어기는 활성 G-code 시스템 하에서 축 지정을 해석하기 위해 Parameter No. 3401 Bit 7을 참조합니다.

프로그래머는 독립 블록에서 G22를 명령하여 stored stroke check를 활성화합니다. 공구 교환이나 파츠 캐처(parts catcher) 작동 시 경계를 비활성화하기 위해 독립된 G23 명령어를 프로그램합니다. 활성 tool nose 보정 상태에서는 가공 영역 좌표를 G22 Xp_ 구문(Xp는 좌표 축을 나타냄)을 사용하여 지정할 수 있습니다.

Warning: 프로그래머는 PMC 심압대 배리어 선택 신호인 *TSB를 긴밀히 모니터링해야 합니다. PMC가 *TSB 값을 1로 출력하면 G22가 활성화되어 있어도 심압대 배리어가 비활성화되며, 보조 명령에 의해 심압대가 이동할 경우 물리적 충돌로 이어질 수 있습니다.

Siemens

Siemens SINUMERIK 제어기는 기계 데이터 값을 사용하여 기본 좌표계(BCS) 및 공작물 좌표계(WCS)의 축 경계를 관리합니다. 기하 축 전환 및 제로 오프셋 재설정은 기계 데이터 MD10604 및 MD10710을 통해 구성됩니다.

하한 및 상한 경계 한계는 각각 G25 및 G26 명령어를 사용하여 서로 다른 NC 블록에 정의됩니다. 이러한 경계는 WALIMON을 통해 전역적으로 활성화되고 WALIMOF를 통해 비활성화됩니다. 특정 좌표 한계의 경우, WALCS1부터 WALCS10을 프로그램하여 최대 10개의 WCS 기반 제한 그룹을 선택할 수 있으며 WALCS0으로 이를 취소합니다.

Warning: 공구 길이 보정이 비활성화된 상태에서 working area limitation을 전환하면 검사 기준이 공구 끝에서 공구 홀더 기준점으로 이동합니다. 이러한 오프셋 변위는 공구 turret이 물리적 경계를 넘어 급속 이동 중 충돌하게 만들 수 있습니다.

Mitsubishi

Mitsubishi CNC 시스템은 stored stroke limits를 사용하여 기계 축의 진입 금지 범위를 설정합니다. 축 경계는 음방향 한계의 경우 Parameter #8204를 사용하고, 양방향 한계의 경우 Parameter #8205를 사용하여 구성됩니다.

chuck 및 심압대 배리어는 독립 블록에 단독으로 프로그램된 G22에 의해 활성화되고 G23에 의해 비활성화됩니다. Stored stroke limit II는 G22 X_ Z_ C_ I_ J_ K_를 명령하여 절대 경계 좌표를 지정함으로써 활성화됩니다. 머시닝 센터의 경우, G22.1은 이동 전 stroke check를 활성화하고 G23.1은 이를 취소합니다.

Warning: 양방향 및 음방향 경계 파라미터가 동일한 값(예: 0)으로 설정된 경우, 제어기는 해당 축의 모든 이송을 차단합니다. 작업자는 경계를 검증하기 전에 모든 축의 reference position return을 완료하여 배리어를 유효화해야 합니다.

브랜드 비교

기술 분석

안전 경계의 비교 분석은 Fanuc, Siemens, Mitsubishi가 좌표 제약을 해석하고 실행하는 방식에서 근본적인 차이가 있음을 보여줍니다. Fanuc 제어기는 G22 안전 배리어를 프로그래머블 머신 컨트롤러(PMC) 인터페이스 신호와 직접 통합합니다. 심압대 배리어를 PMC 신호 *TSB에 연결함으로써, PLC 프로그램은 안전 영역을 동적으로 활성화 또는 비활성화할 수 있습니다. 이를 통해 심압대는 좌표계 알람을 발생시키지 않고 파츠 캐처(parts catcher) cycle 도중 전진하거나 후퇴할 수 있습니다. 반면, Siemens와 Mitsubishi는 일반적인 G22 작업을 위해 이 직접적인 PMC 인터페이스 신호 연결을 사용하지 않으며, 대신 명시적인 G-code 상태나 수동 파라미터 구성에 의존합니다.

경계 검사 방식은 또 다른 주요 구조적 차이점입니다. Fanuc과 Siemens는 주로 이동의 최종 프로그램 종점을 평가하여 한계를 판정합니다. 그러나 Mitsubishi는 기계 파라미터 #12057 및 #8179가 활성화되었을 때 경로 통과 행정 검사(path-passing stroke check)를 실행합니다. 종점 좌표만 검사하는 대신, Mitsubishi 인터프리터는 급속 이송(G00) 및 절삭 interpolation(G01/G02/G03) 중 전체 toolpath 궤적을 계산합니다. 만약 경로 벡터가 어떤 지점에서든 금지된 경계와 교차하면, 제어기는 축이 이동을 시작하기 전에 이송을 중지하고 Program Error P452를 발생시킵니다.

인터프리터의 look-ahead 처리 또한 이러한 시스템들을 차별화합니다. Fanuc은 활성 공구 반경 보정 하에서 look-ahead 선읽기 제한을 적용하여, 이동이 없는 연속적인 블록(예: 연속적인 G22 영역 설정)을 N-2개 초과하여 프로그램하면 버퍼가 소진됩니다. 이러한 전처리기 한계로 인해 Fanuc 시스템은 프로파일을 과절삭(gouge)하는 수직 에러 벡터를 생성하게 됩니다. Siemens는 한계를 시스템 변수($AC_WORKAREA_CS_LIMIT_PLUS 및 $AC_WORKAREA_CS_LIMIT_MINUS) 및 G 그룹 3 준비 명령(WALIMON/WALIMOF)으로 관리하므로 모션 선읽기 버퍼를 차지하지 않아 이러한 전처리기 버퍼 제약을 완전히 회피합니다.

프로그램 예제

Fanuc 예제

O1001 ;
G28 U0 W0 ;
G54 ;
G22 ;               ; stored stroke limit check 활성화
G00 X100.0 Z50.0 ;  ; 시작 위치로 이동
T0101 ;
G01 Z-20.0 F0.2 ;   ; Chuck 근처 절삭 경로
G23 ;               ; chuck 통과 허용을 위한 limit check 비활성화
G00 X150.0 Z100.0 ; ; 안전 영역으로 후퇴
M30 ;

공운전 (dry run): 프로그램은 G28을 통한 축 원점 복귀와 G54 공작물 좌표계 선택으로 시작합니다. G22 명령어는 chuck 주변의 안전 경계를 활성화합니다. 공구는 X100.0 Z50.0으로 접근한 후 Z-20.0까지 직선 절삭을 수행합니다. G23을 읽으면 제어기는 stored stroke check를 비활성화하여, 공구 고정 장치에 가깝게 이동할 때 오버트래블 알람을 발생시키지 않고 turret이 X150.0 Z100.0으로 후퇴할 수 있도록 허용합니다.

Siemens 예제

N10 G291 ;          ; ISO Dialect Mode 진입
N20 G54 ;
N30 G25 X-80.0 Z30.0 ; ; 하한 working area 한계 정의
N40 G26 X80.0 Z330.0 ; ; 상한 working area 한계 정의
N50 WALIMON ;       ; working area limitation 활성화
N60 T1 D1 ;         ; 공구 교환 및 오프셋 활성화
N70 G00 X60.0 Z100.0 ; ; 공구 끝 급속 접근
N80 G01 Z-50.0 F0.15 ; ; 직선 가공
N90 WALIMOF ;       ; working area limitation 비활성화
N100 G00 X100.0 Z350.0 ; ; 상한 한계 너머로 후퇴
N110 M30 ;

공운전: 제어기는 G291로 ISO Dialect Mode에 진입하고 G54 좌표계를 수립합니다. G25 및 G26은 기본 좌표계(BCS)의 하한 및 상한 한계를 지정합니다. WALIMON은 안전 한계를 활성화합니다. 공구는 급속 위치 결정을 실행하고 Z-50.0까지 절삭합니다. 제어기는 한계에 대해 공구 끝을 모니터링합니다. WALIMOF는 working area limitation을 비활성화하여, Alarm 12080을 트리거하지 않고 안전한 공구 교환을 위해 공구가 G26 한계(Z350.0)를 넘어 후퇴할 수 있도록 허용합니다.

Mitsubishi 예제

O2001 ;
G28 X0 Z0 ;
G54 ;
G22 X120.0 Z200.0 I-120.0 K-200.0 ; ; stored stroke limit II 활성화
G00 X80.0 Z50.0 ;   ; 공작물 접근
T101 ;
G01 Z-30.0 F0.2 ;   ; 직선 interpolation
G23 ;               ; stored stroke limit II 취소
G00 X150.0 Z100.0 ; ; 안전 후퇴
M30 ;

공운전: 프로그램은 축 원점 복귀와 G54 좌표계 선택을 개시합니다. G22 X120.0 Z200.0 I-120.0 K-200.0 명령어는 Stored Stroke Limit II 경계(양방향 한계 X120/Z200, 음방향 한계 I-120/K-200)를 지정하고 검사를 활성화합니다. 공구가 접근하여 절삭합니다. 제어기는 파라미터 #8204 및 #8205에 대해 공구 경로 궤적을 평가합니다. 마지막으로 G23이 한계를 취소하여, program error P452를 유발하지 않고 공구가 X150.0 Z100.0으로 안전하게 후퇴할 수 있도록 합니다.

오류 분석

실무 응용 가이드

공구 길이 보정 오프셋이 기하 축(geometry axis) 전환 중에 해제되면 spindle 파손을 초래하는 심각한 충돌이 발생한다. Siemens 제어기에서 기계 데이터 MD10604가 0으로 설정되어 있으면, 기하 축 전환 시 활성화되어 있던 working area limitation이 자동으로 비활성화된다. 이 상태에서 올바른 D-edge 오프셋을 적용하지 않고 공구 교환을 수행하는 등 공구 오프셋이 해제되면, 제어 시스템은 감시 기준점을 공구 끝이 아닌 공구 홀더 기준점으로 이동시킨다. 이로 인해 급속 이송(G00) 접근 시 공구대가 의도한 공간 경계를 넘어 공작물 chuck이나 원자재에 직격하게 된다. MD10604번 파라미터를 사전 확인하면 이 명령어에서 가장 빈번한 비계획 정지를 없앨 수 있다.

Mitsubishi 제어기의 경우, 자동 운전 도중 G188을 명령하면 G-code 모드가 선반 형식에서 머시닝 센터 형식으로 전환되며, 이로 인해 G22/G23 명령어의 해석이 Group 04(배리어 체크)에서 Group 00(보조 프로그램 호출)으로 변경된다. 만약 프로그래머가 이 모드 전환을 인지하지 못하고 선반 구문으로 안전 구역을 정의하려고 하면, 컴파일러가 G23.1 X100.0 ;과 같은 블록을 두 개의 별도 라인으로 분할하여 체크 기능을 먼저 취소한 뒤 공구를 무방비 상태로 이송시킨다. 이를 방지하기 위해 작업자는 가공 전에 모든 축의 원점 복귀를 완료하고 HMI의 c 영역에 체크포인트를 올바르게 설정해야 하며, 자동화 라인의 연속 가공 중 오프셋의 누적 편차나 오작동으로 인한 비가동 시간과 불량률을 최소화해야 한다. Fanuc 시스템에서도 Parameter No. 3402 Bit 7 설정값을 사전에 검증하지 않으면, 전원 투입 시 G22의 활성화 여부가 달라져 예기치 않은 오버트래블 알람(Alarm PS0368 등)이 발생하여 라인이 비계획 정지되는 위험이 있다.

관련 명령 구조

• G23: 공구가 안전 구역이나 공구 교환 영역으로 이동할 수 있도록 stored stroke check 경계를 비활성화합니다.
• G25 / G26: Siemens 제어기에서 기본 좌표계(BCS)의 하한 및 상한 working area 한계를 정의합니다.
• G22.1 / G23.1: Mitsubishi 머시닝 센터(M-system)에서 축 이동 전 이동 행정 검사 기능을 활성화 및 비활성화합니다.
• G40 / G41 / G42: G22 실행 중 look-ahead 버퍼와 상호작용하는 공구 반경 보정을 제어합니다.

결론

자동화 라인의 반복 정밀도를 유지하고 불필요한 비가동 시간을 방지하기 위해서는 G22/G23 및 working area limitation의 파라미터를 생산 시작 전에 완벽히 검증해야 한다. 공구 교환 및 좌표계 변환 시 안전 배리어가 활성화 상태를 유지하는지 정기적으로 확인하고, look-ahead buffer 크기와 공구 오프셋 상태를 사전 모니터링하는 것이 불량률 급증과 spindle 충돌 사고를 예방하는 가장 확실한 해결책이다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

자동화 라인에서 G22 안전 영역을 활성화했을 때 축 이동이 완전히 잠기는 현상은 어떻게 해결하나요?

이 현상은 이송 한계 파라미터인 Mitsubishi #8204와 #8205의 설정값이 동일하게(예: 0) 설정되어 있거나, 진입 금지 영역이 작업 영역 전체를 덮도록 잘못 지정되었을 때 발생합니다. 자동화 라인에서는 이러한 설정 오류가 라인 전체의 비가동 시간을 급격히 늘리는 원인이 됩니다. 파라미터 값에 유효한 좌표 범위를 설정한 후 반드시 축 원점 복귀(reference position return)를 실행하여 안전 영역 기준을 재수립해야 합니다.

G22 또는 G23 명령어를 다른 G-code나 M-code와 한 블록에 병기하여 가공하면 어떤 문제가 생기나요?

G22와 G23 명령어는 독립적인 블록에서 단독으로 실행해야 하는 독점 코드입니다. 이동 지령이나 M-code와 같은 블록에 혼용하면 제어기 파서가 포맷 오류를 일으켜 즉시 비계획 정지를 유발하고 생산 흐름을 끊어 놓습니다. 충돌 방지와 원활한 자동 사이클 반복을 위해 G22와 G23은 항상 단독 블록으로 작성하여 사전 활성화되도록 코드를 분리하십시오.

G22가 켜져 있는데도 공구가 workpiece chuck이나 심압대에 충돌하는 사고는 왜 발생하나요?

가장 흔한 원인은 공구 길이 보정(D/H 오프셋)이 활성화되지 않아 제어기가 공구 끝(tool tip)이 아닌 공구 홀더 기준점으로 배리어 체크를 수행하기 때문입니다. 이 경우 공구 길이만큼 오차가 발생해 실제 공구가 배리어를 뚫고 들어가 충돌하게 됩니다. 가공 사이클 시작 전에 올바른 공구 보정 번호가 호출되었는지 NC 프로그램을 전수 검사하고, 최초 가공 시 그래픽 모의 운전이나 공운전을 통해 가상 경계가 정상 작동하는지 눈으로 직접 확인해야 합니다.