G25 하한 작업 영역 및 주축 속도 제한 설정 가이드 (Siemens CNC)

서론

CNC 가공 중 가상 이송축 제한이나 최소 주축 속도 제한이 부재할 경우, 터렛(turret)이 음의 방향으로 과도하게 이송되면서 척(chuck)이나 공작물 클램핑 구조물과 직접 격돌하는 대형 물리적 충돌 사고가 발생할 수 있습니다. 이는 가공 현장의 공구 파손, 부품 폐기(scrap part)뿐만 아니라 주축 베어링 손상으로 연결되어 심각한 설비 손실을 야기합니다. 자동화 대량 생산 공정의 경우, 이러한 충돌 리스크는 라인 전체의 예기치 않은 비가동 시간(downtime) 급증과 직결되는 중대한 사안입니다. 특히 이 파라미터를 검증하지 않고 양산에 들어가면, 팔레트 교환 후 두 번째 사이클부터 치수 편차가 누적되어 최종 검사에서 불량이 발견된다. 따라서 생산 안정성을 도모하기 위해서는 G25 하한 작업 영역 경계 및 주축 속도 제한 파라미터를 정확히 설정하고 가공 전에 사전 검증하는 방안이 필수적입니다.

기술 요약

핵심 요약

• G25는 Siemens 제어기에서 축의 이송 범위를 제한하고 최소 주축 속도 제한을 정의하기 위해 가상 경계를 생성합니다.
• G25가 하한 작업 영역 제한으로 사용되는 경우, 명령어는 기본 좌표계(BCS) 내에서 개별 NC 블록으로 프로그래밍되어야 합니다.
• G25에 의해 설정된 작업 영역 제한은 WALIMON 명령을 실행하여 명시적으로 활성화되어야 합니다.
• Siemens 제어기에서는 프로그래머가 하나의 G25 블록 내에 최대 3개의 독립적인 주축 속도 제한(S, S1, S2)을 정의할 수 있습니다.
• 축별 설정 데이터 SD 43410 ($SA_WORKAREA_MINUS_ENABLE)은 음의 방향 작업 영역 제한을 활성화 또는 비활성화합니다.
• G25를 사용하여 주축 속도 변동 감시를 비활성화하는 Fanuc 제어기와 달리, Siemens는 G25를 물리적인 좌표 및 속도 제한 용도로만 엄격하게 사용합니다.
• SINUMERIK 802D sl 제어기에서는 MD 10604와 같은 중요 안전 파라미터가 쓰기 방지되어 있어 수정할 수 없습니다.

기본 개념

G25로 프로그래밍을 통해 하한 작업 영역 한계를 설정하는 것은 기계의 안전성과 충돌 방지 측면에서 매우 중요한 실무적인 프로그래밍 효과를 발휘합니다. 가상 경계를 정의함으로써 프로그래머는 물리적인 하드웨어 리미트 스위치 외에 추가로 축의 이송 범위를 제한할 수 있습니다. 이는 터렛(turret), 공작물 및 측정 스테이션과 같이 민감한 주변 장비를 물리적인 손상으로부터 보호하는 역할을 합니다.

작업 영역 제한이 활성화된 경우(WALIMON 실행 시), 지정된 G25/G26 좌표 영역 외부로 공구 끝을 위치시키려 하는 모든 수동 조그 또는 자동 프로그램 명령은 즉각 프로그램의 실행을 중단시킵니다. 이는 터렛이나 절삭 공구가 척(chuck) 또는 기타 공작물 클램핑 구조물에 부딪쳐서 부품 폐기(scrap part), 공구 파손, 또는 주축 베어링 손상이 발생하는 치명적인 하드 충돌(hard collision)을 방지해 줍니다.

G25의 주축 속도 제한은 주축이 최소 속도 이하로 작동하는 것을 방지하는 안전 임계값 역할을 합니다. 이는 선속도 일정 제어(G96) 중에 특히 중요한데, 제어기는 일정한 절삭 속도를 유지하기 위해 터렛의 공구 코가 공작물 중심(X0)에 가까워질수록 자동으로 주축 속도를 가속합니다. G25는 주축 속도가 필요한 토크 속도 이하로 떨어지지 않도록 보장하는 반면, G26 및 LIMS는 주축 회전수가 척의 기계적 파지력을 초과하여 한계 이상으로 도달하지 않도록 상한 안전 클램프를 설정합니다.

명령 구조

Siemens 제어기에서 G25의 명령 구조는 이송축 이동 범위를 제한하는지 아니면 주축 속도를 한정하는지에 따라 다릅니다. 작업 영역 제한을 정의할 때 G25 뒤에는 X 및 Z와 같은 대상 축의 좌표가 뒤따릅니다. 좌표 제한은 어떠한 이동 명령어도 포함하지 않는 전용 개별 NC 블록으로 프로그래밍해야 합니다.

G25가 주축 속도 제한을 정의하는 데 사용되는 경우, 명령어는 하나 이상의 주축에 대한 회전수 인수를 허용합니다. Siemens에서는 하나의 G25 블록 내에 최대 3개의 주축 속도 제한을 동시에 구성할 수 있습니다. 이러한 다중 주축 기능은 다축 장비 또는 보조 주축이 있는 장비에서 유용하며, 각 주축이 요구되는 최소 작동 속도를 유지하도록 보장합니다.

명령어 구문

• 하한 작업 영역 제한: G25 X... Y... Z...;
• 하한 주축 속도 제한: G25 S... S1=... S2=...;

매개변수 및 주소

브랜드별 응용

Siemens

Siemens 제어기에서 G25는 하한 작업 영역 제한 또는 하한 주축 속도 제한을 설정하는 그룹 03 모달 명령어입니다. 파라미터 SD 43430은 각 축에 대한 음의 방향 좌표 한계를 정의하며, SD 43410은 음의 방향 작업 영역 제한을 활성화 또는 비활성화합니다. 선속도 일정 제어(G96) 상태에서 G25에 따른 최소 주축 속도 값은 0.1 rpm에서 99999999.9 rpm 사이로 지정할 수 있습니다.

좌표축과 함께 G25를 프로그래밍할 때는 반드시 개별 블록으로 작성해야 합니다. G25로 설정된 가상 경계를 활성화하려면 WALIMON을 실행해야 합니다. MD 10604를 확인하지 않은 채 기하 축 교환을 수행하면 활성 상태인 G25 작업 영역 제한이 자동으로 해제될 수 있으며, 이로 인해 공구 스톨 및 터렛 충돌 사고에 기계가 노출될 수 있습니다.

경고: MD 10710이 리셋 시 소거되도록 설정되어 있지 않으면 Siemens G25 좌표 한계는 프로그램 리셋 후에도 계속 유지되므로, 작업자가 이동 한계선이 비활성 상태라고 잘못 판단할 경우 셋업 작업 도중 공구 충돌 사고가 발생할 수 있습니다.

브랜드 비교

아래 표는 다양한 Siemens SINUMERIK 제어기 버전에 따른 명령어 수정 가능 여부, 이송속도 옵션 및 기준점 검사 지원 수준의 차이를 보여줍니다.

기술 분석

Siemens 제어기에서 G25의 기능적 동작은 제어기 모델에 따라 크게 다릅니다. SINUMERIK 840D sl 및 828D와 같은 고급 플랫폼에서 프로그래머는 기하 축 교환 시 작업 영역 제한의 동작 방식을 결정하는 MD 10604와 같은 장비 파라미터에 대한 완전한 읽기 및 쓰기 권한을 가집니다. 이 값을 1로 설정하면 제한 경계가 안전하게 유지되어 좌표 전환 시 공구 충돌을 방지합니다. 반면, SINUMERIK 802D sl과 같은 보급형 시스템에서는 이 파라미터가 쓰기 방지되어 있어 프로그래머가 축 교환 후 G25 경계를 수동으로 다시 프로그래밍하고 검증해야 합니다.

버전 간 차이는 이송속도 유형과 기준점 검사에도 적용됩니다. SINUMERIK 840D sl은 복잡한 다축 윤곽 가공을 위한 G93 역시간 이송속도를 완벽하게 구현하는 반면, 802D 시리즈는 G93 지원이 아예 불가능합니다. 이와 유사하게, 축이 기계 기준점에 정확히 위치해 있는지를 확인하는 G27 기준점 검사는 840D sl에서 완전히 활성화되어 내부 사이클(예: cycle328.spf)에 매핑되어 작동하는 반면, 802D sl에서는 G27이 제한적이거나 개발 단계에 있습니다. 이러한 불일치로 인해 고급 이송 및 경계 점검 기능을 활용하는 프로그램은 입문형 SINUMERIK 제어기로 이식할 때 신중하게 검증되어야 합니다.

프로그램 예제

; Siemens: N10 G25 X-80 Z30 ; X축 및 Z축의 하한 작업 영역 경계 좌표 설정
; Siemens: N20 G26 X80 Z330 ; X축 및 Z축의 상한 작업 영역 경계 좌표 설정
; Siemens: N30 G25 S300 S2=450 ; 마스터 주축의 하한 속도를 300 RPM으로, 제2주축은 450 RPM으로 설정
; Siemens: N40 WALIMON ; G25 및 G26으로 설정된 작업 영역 제한 활성화
; Siemens: N50 G01 X50 Z100 F0.2 ; 안전 영역 내부로 공구 이송
; Siemens: N60 WALIMOF ; 공구 교환 또는 셋업 작업을 위해 임시로 제한 비활성화

공운전 (dry run): 공작물 없이 공운전 검증을 진행할 때, 제어기는 첫 두 블록을 실행하여 좌표값(X축 -80, Z축 30)과 상한 제한값(X축 80, Z축 330)을 시스템 설정 데이터에 직접 기입합니다. 세 번째 블록은 마스터 주축의 최소 속도 제한(300 RPM)과 제2주축의 제한값(450 RPM)을 설정합니다. WALIMON 명령이 실행되는 즉시 가상 한계선이 활성화됩니다. 이 상태에서 프로그래머가 수동 조그나 축 이송 명령을 입력하여 공구 끝이 해당 가상 경계를 넘어가게 되면 프로그램은 그 즉시 정지하고 작업 영역 제한 알람을 띄웁니다.

오류 분석

아래 표는 G25 구성 시 Siemens 제어기에서 발생하는 일반적인 오류, 트리거 조건 및 조치 방안을 보여줍니다.

실무 응용 가이드

자동화 라인의 반복 가공 시 발생할 수 있는 대형 충돌 및 가공 정지를 미연에 방지하기 위해서는, 제어기별 안전 관련 기계 데이터를 사전에 엄밀하게 제어해야 합니다. 대표적으로, Siemens 제어기 내에서 기하 축 교환(geometry axis interchange) 과정 도중 발생할 수 있는 소프트웨어 제한 해제 리스크가 존재합니다. MD 10604번 파라미터를 사전 확인하면 이 명령어에서 가장 빈번한 비계획 정지를 없앨 수 있다. 만약 이 설정이 기본값(0)인 상태에서 기하 축이 스위치되면 G25 한계 설정이 자동으로 해제되어 터렛이 한계를 넘어가 대형 충돌로 치닫게 됩니다. 또한, 선속도 일정 제어(G96) 가공 중 터렛이 공작물 중심(X0)에 근접할 때 주축은 급격하게 가속되는데, G26이나 LIMS를 통해 최대 속도 클램프를 묶어주지 않으면 가속 속도가 척이나 클램프의 물리적인 파지력 한계를 넘어섭니다. 이로 인해 공작물이 척 밖으로 튕겨 나가는 위험한 사고가 초래되어 가공 불량률이 치솟고 막대한 비가동 시간이 발생하게 됩니다. 특히 SINUMERIK 802D sl과 같은 기종에서는 MD 10604 파라미터가 쓰기 방지되어 있으므로, 프로그래머는 수동 제어를 통해 매 스위치 직후 G25 좌표 한계(SD 43430 $SA_WORKAREA_LIMIT_MINUS)와 활성화 신호(SD 43410 $SA_WORKAREA_MINUS_ENABLE) 상태를 명시적으로 복원하고 WALIMON 명령어로 안전 방벽을 활성화하여 공정 신뢰성을 보증해야 합니다. 가상 좌표계를 통해 이송축의 물리적 한계를 설정하는 stored stroke limit check on (G22) 및 stored stroke limit check off (G23) 명령어가 Fanuc 제어기에서 작동하는 방식과 유사하게, Siemens에서는 G25가 하한 작업 영역 제한을 조절합니다. 또한 타 제어기들이 G25를 spindle speed fluctuation detection(주축 속도 변동 검출)으로 매핑하는 것과 달리, Siemens 제어기는 G25를 축 및 주축의 가운전 한계 설정용으로 전담하여 사용합니다.

관련 명령 구조

• G26 (상한 제한): 상한 작업 영역 제한 좌표 및 상한 주축 속도 제한을 설정합니다.
• WALIMON (작업 영역 제한 ON): 활성화된 모든 축에 대해 작업 영역 제한을 전역적으로 활성화합니다.
• WALIMOF (작업 영역 제한 OFF): 활성화된 모든 축에 대해 작업 영역 제한을 비활성화합니다.
• LIMS (주축 속도 클램프): 선속도 일정 제어(G96) 상태에서 마스터 주축의 최대 속도 제한을 프로그래밍합니다.
• G96 (선속도 일정 제어): 가공 경이 작아질수록 주축 회전수를 동적으로 증가시키는 선속도 일정 제어를 활성화합니다.

결론

지멘스 CNC 장비의 안정적인 대량 가공 생산과 부품 불량률의 억제를 위해서는 G25 하한 경계와 최소 속도 제한을 프로그래밍 지침에 명시하고 강제해야 합니다. 작업 영역의 경계는 단순히 안전 스위치에만 의존해서는 안 되며, 기계 설정 데이터(SD 43430, MD 10710)를 기반으로 하는 논리적인 가상 안전 한계가 완벽히 구성될 때 예기치 않은 비가동 시간을 방지하고 무인 운전의 품질 재현성을 확보할 수 있습니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

자동화 라인에서 팔레트 교환이나 제어기 RESET 후 G25 작업 영역 제한이 비활성화되는 문제를 방지하려면 어떻게 해야 합니까?

Siemens 제어기에서는 RESET 또는 전원 차단 후 파트 프로그램에 기입된 G25 설정 데이터가 유지되는지 여부가 MD 10710 파라미터에 의해 결정됩니다. 자동화 라인에서 이 값이 잘못 지정되면 리셋 후 가상 한계가 무력화되어 터렛 충돌 발생할 수 있습니다. 현장 조치로는 가공 프로그램의 초기화 블록에 WALIMON 명령어를 명시하여 리셋 후에도 항상 감시 기능이 작동하도록 프로그램을 설계하는 것입니다.

SINUMERIK 802D sl 제어기에서 MD 10604 파라미터가 쓰기 방지되어 있을 때 가상 경계를 유지하는 방법은 무엇입니까?

보급형 제어기인 802D sl에서는 MD 10604 파라미터를 임의로 수정할 수 없으므로 기하 축 변경 시 G25 제한이 강제로 해제되는 리스크가 있습니다. 이를 해결하려면 축 교환 서브루틴(subroutine)을 거친 직후 NC 코드 상에서 G25 X... Z... 명령과 WALIMON을 항상 세트로 다시 선언해 주는 방식을 가공 표준 템플릿으로 등록해 적용해야 합니다.

G25 하한 주축 속도 제한을 설정했을 때 가공 중 알람 14800이나 22280이 발생하는 것을 막기 위한 해결책은 무엇입니까?

가공 프로그램 상에서 이송속도 F가 0으로 선언되었거나 G33 나사 절삭 중 이송축 가속 거리(DITS/DITE)가 짧으면 각각 알람 14800과 알람 22280이 발생하며 비계획 정지를 유발합니다. 현장 대책으로는 나사 가공 진입 시 공구 가속을 위한 안전거리를 최소 피치의 1.5배 이상 확보하고, 매 블록마다 유효한 이송값(F)이 주어졌는지 사전에 시뮬레이션으로 검증하는 것입니다.