G02·G03 원호 보간: 방향 판별과 R 지령, I·J·K 지령의 차이
G02(시계 방향)와 G03(반시계 방향)을 평면 선택과 함께 판별하는 법, R 지령의 180도 문제와 I·J·K 중심 지령, 전체 원 가공을 밀링 예제와 가공 경로로 설명합니다.
원호 블록에 필요한 세 가지 정보
직선은 끝점만 있으면 그릴 수 있지만 원호는 그렇지 않습니다. 같은 시작점과 끝점을 지나는 원은 무수히 많기 때문입니다. 그래서 원호 블록에는 회전 방향(G02 또는 G03), 끝점, 그리고 반지름 또는 중심 위치가 함께 있어야 합니다.
시계 방향은 어느 쪽에서 본 기준인가
G02는 시계 방향(CW), G03은 반시계 방향(CCW)입니다. 다만 “시계 방향”은 선택된 평면에 수직인 축의 + 방향에서 - 방향으로 내려다볼 때의 기준입니다. 머시닝센터의 기본 평면 G17(XY)에서는 위에서 테이블을 내려다보는 시선이므로 직관과 일치합니다.
G18(ZX)이나 G19(YZ)에서는 보는 방향이 달라져 화면에 그린 도면과 방향이 반대로 느껴질 수 있습니다. 선반은 기본이 G18인데, 공구대가 주축 중심 위쪽(후방)에 있는지 아래쪽(전방)에 있는지에 따라 도면에서 보이는 회전 방향이 뒤집힙니다. 선반 X축 표기는 선반 직경 지정과 G18에서 따로 다룹니다.
| 평면 | 지령 | 내려다보는 방향 | 주로 쓰는 곳 |
|---|---|---|---|
| XY | G17 | +Z에서 -Z로 | 머시닝센터 기본 |
| ZX | G18 | +Y에서 -Y로 | 선반 기본, 밀링 측면 |
| YZ | G19 | +X에서 -X로 | 밀링 측면 가공 |
R 지령에서 주의할 점
G03 X40. Y10. R10.처럼 반지름을 직접 주면 계산이 거의 필요 없어 손으로 작성하는 프로그램에서 널리 쓰입니다. 그러나 시작점·끝점·반지름이 같아도 원은 두 개가 가능합니다. 짧은 쪽(180° 이하)과 긴 쪽(180° 초과)입니다.
대부분의 제어기는 R이 양수면 180° 이하, 음수면 180° 초과 원호로 해석합니다. 270° 원호를 그리려다 R 부호를 빠뜨리면 90°짜리 원호가 만들어지고, 공구는 엉뚱한 곳을 깎습니다. 또한 시작점과 끝점이 같은 전체 원은 R로 정의할 수 없습니다. 원의 크기만 있고 위치를 정할 정보가 없기 때문입니다.
I·J·K 지령: 중심을 직접 알려 주기
I, J, K는 각각 X, Y, Z 방향으로 원호 시작점에서 중심까지의 거리입니다. 대부분의 제어기에서 G90 절대 모드여도 I·J·K는 시작점 기준 증분값으로 읽습니다. 예제의 G02 X50. Y40. I10. J0.은 시작점 (40,30)에서 X로 10 떨어진 (50,30)을 중심으로 하는 반지름 10의 원호입니다.
I·J·K 방식은 중심이 명확하므로 전체 원, 180°를 넘는 원호, CAM 출력처럼 정밀도가 중요한 경우에 유리합니다. 대신 끝점이 실제로 그 원 위에 있지 않으면 시작 반지름과 끝 반지름이 달라지고, 차이가 허용값을 넘으면 알람이 납니다.
예제 경로
첫 원호는 R 지령 반시계 방향, 두 번째는 I·J 지령 시계 방향, 마지막 블록은 시작점과 끝점이 같은 전체 원입니다. 세 가지가 한 경로 안에서 어떻게 이어지는지 그림으로 확인할 수 있습니다.
R 지령 반시계 원호, I·J 지령 시계 원호, I·J 전체 원을 이어 붙인 경로
O2002
T2 M6
G21 G90 G17 G94
G54
S2500 M03
G00 X0. Y-5. Z5.
G01 Z-1. F80
Y0. F250
X30.
G03 X40. Y10. R10.
G01 Y30.
G02 X50. Y40. I10. J0.
G01 X70.
G02 X70. Y40. I0. J-15.
G00 Z50.
M30위 그림은 이 프로그램을 CNC Path Analyzer로 해석한 결과입니다 (급속 2 구간, 직선 절삭 5 구간, 원호 3 구간).
원호 오류를 찾는 체크리스트
- 평면: G17/G18/G19 중 의도한 평면이 선택되어 있는가. 평면이 다르면 같은 G02가 다른 방향의 원이 됩니다.
- R 부호: 180°를 넘는 원호인데 R이 양수로 적혀 있지 않은가.
- 끝점 일치: I·J로 계산한 반지름과 중심에서 끝점까지의 거리가 같은가. 소수점 셋째 자리 반올림 차이도 누적되면 알람이 납니다.
- 공구경 보정: G41/G42가 켜진 상태에서 내측 원호 반지름이 공구 반지름보다 작으면 보정 경로를 만들 수 없습니다.
- 이송 속도: 원호 내측을 가공할 때 공구 중심 속도와 날 끝 속도가 달라집니다. 작은 반지름 내측 원호는 F를 낮추는 것이 일반적입니다.
계산 연습: R 지령을 I·J로 바꾸기
예제의 G03 X40. Y10. R10.은 시작점 (30, 0)에서 끝점 (40, 10)까지 반지름 10으로 반시계 방향 90° 원호입니다. 반시계 방향으로 이 두 점을 지나는 반지름 10의 짧은 원호는 중심이 (30, 10)에 있습니다. 시작점에서 중심까지의 거리는 X 0, Y +10이므로 같은 원호를 G03 X40. Y10. I0. J10.으로도 쓸 수 있습니다.
마지막 전체 원 G02 X70. Y40. I0. J-15.은 중심이 (70, 25), 반지름 15입니다. 원둘레는 2 × π × 15 ≈ 94.2mm이고 F250이면 한 바퀴에 약 22.6초가 걸립니다.
도구에서의 표시
CNC Path Analyzer는 원호를 짧은 직선 조각으로 근사해 그리며, 방향·반지름이 맞지 않는 원호 블록은 경로를 지어내지 않고 원인 행과 함께 경고합니다. 경고 행의 시작점은 직전 블록의 끝점이므로, 원호 블록 자체보다 바로 위의 직선 블록 좌표가 틀린 경우도 많습니다.