KR100201208B1 - 방전가공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수 100μm 이하의 미세한 방전가공의 고속화 및 안정화를 실현하는 방전가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한 것으로서, 그 구성에 있어서, 가공용전극(13)과 피가공물(15)과의 사이에 전압을 인가하므로써 피가공물을 방전가공하는 방전가공장치에 있어서, 가공용전극(13)과의 피가공물(15)과의 간격을 항상 적정하게 유지하면서 양자를 상대적으로, 압전소자(110)를 사용한 진동부가부(111)에 의해서 진동시키면, 간격이 작아졌을때에는 방전가공이 진행되고, 커졌을때에는 절연이 유지된다고하는 상태가 진동의 주파수에 따라서 안정적으로 발생한다. 이 주파수를 50Hz~500Hz의 범위에 설정하면, 단락 또는 아크상태의 발생이 저감한다. 또, 진동에 의해 방전간격의 가공스크랩의 배출이 촉진되는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

방전가공장치

제1도는 본 발명의 일실시예를 표시한 구성도.

제2도는 가공속도와 이송설정속도와의 관계를 표시한 도면.

제3도는 가공속도와 진동의 주파수의 관계를 표시한 도면.

제4도는 가공속도와 진동의 주파수의 관계를 표시한 도면.

제5도는 가공속도와 진동의 진폭의 관계를 표시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 제어부 13 : 가공용전극

15 : 피가공물 110 : 압전소자

111 : 진동부가부 113 : 단락검출부

115 : Z축구동부

본 발명은, 수 100㎛ 이하의 미세한 방전가공의 고속화 및 안정화를 목적으로 한 방전가공장치에 관한 것이다.

수 100㎛ 이하의 미세한 방전가공에 있어서, 가공용전극형상의 전사나 피가공물의 가공면거칠기를 ㎛ 또는 서브 ㎛오더로 고정밀도로 가공하려고 하는 경우, 단발의 방전에너지를 10^-7J의 오더까지 미소화하지 않으면 안된다. 방전에너지가 작기 때문에 가공용전극과 파가공물의 방전간격은 수㎛이고, 가공스크랩이 방전간격에 체류하거나 가공용전극과 파가공물의 단락 또는 아크상태가 발생하기 쉽게 된다고 하는 문제가 있다. 그래서, 원형구멍가공의 경우는 가공용전극을 회전시키므로써, 가공스크랩의 배출과 단락 또는 아크상태의 발생의 저감을 촉진하고, 가공의 고속화와 안정화가 이루어지고 있다.

그러나, 가공용 전극을 회전시킬 수 없는 모난 구멍 등 비원형구멍가공의 경우는, 상기 문제점 때문에 특히 가공속도가 느리고, 실용적이 아니었다. 또, 원형구멍가공의 더한층의 고속화, 안정화도 큰 과제이다.

본 발명은, 방전간격에 체류하는 가공스크랩의 배출을 촉진하고, 가공용전극과 피가공물의 단락 또는 아크상태의 발생을 저감하는 수단을 구비한 방전가공장치에 있어서, 미세한 방전가공의 고속화 및 안정화를 실현하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징은, 가공용전극과 피가공물과의 사이에 전압을 인가하므로써 상기 피가공물을 방전가공하는 방전가공장치에 있어서, 상기 가공용전극과 상기 피가공물과의 사이의 단락 또는 아크상태의 유무를 검출하기 위한 단락검출부와, 상기 단락검출부에 있어서 단락 또는 아크상태가 검출되었을때는 상기 가공용전극과 상기 피가공물과의 간격을 크게하고 단락 및 아크상태가 검출되지 않을 때는 상기 간격을 작게 하도록 상기 가공용전극 또는 상기 피가공물을 구동하는 구동부와, 상기 가공용전극과 상기 가공용적과의 사이에 상대적으로 진도을 주기 위한 진동부가부를 구비하고, 상기 진종부가부가 압전소자를 사용해서 구성되고, 또한 상기 진동의 주파수가 50Hz~500Hz의 범위에 설정되어 있거나, 또는 상기 진동의 진폭이 가공용전극과 피가공물과의 사이의 방전간격의 2배~40배의 범위에 설정되어 있고, 또한 상기 주파수 및 진폭의 양자가 상기의 범위에 설정되어 있는 점에 있다.

가공용전극과 피가공물과의 사이에 전압을 인가하므로써 피가공물을 방전가공하는 방전가공장치에 있어서, 가공용전극과 피가공물과의 사이의 단락 또는 아크상태의 유무를 검출하는 단락검출부에 있어서, 단락 또는 아크상태가 검출되었을때는 가공용전극과 피가공물과의 간격을 크게 하고 단락 및 아크상태가 검출되지 않는 때는 간격을 작게 하도록 가공용 전극 또는 피가공물을 구동하기 때문에, 가공용전극과 피가공물과의 간격이 항상 적정하게 유지된다. 여기서, 압전소자를 사용해서 구성된 진동부가부에 의해, 가공용전극 및/또는 피가공물에 진동을 주면, 가공용전극과 피가공물과의 간격이 작게 되었을 때에는 방전가공이 진행되고, 간격이 크게 되었을 때에는 절연이 유지된다고 하는 상태가 발생하고, 또 진동에 의해 방전간격의 가공스크랩의 배출이 촉진된다.

그리고, 상기 진동의 주파수를 50Hz~500Hz의 저주파대역으로 설정하므로서, 방전가공의 고속화와 진동에 의한 악영향의 배제를 가능하게 할 수 있다. 즉 제3도에 표시한 바와같이 주파수를 50Hz 이상으로 하면 가공속도가 진동없음의 경우에 비교하여 2~4배에 달하고, 방전가공의 고속화가 달성된다. 바람직하게는, 제 4도에 표시한 바와 같이 주파수를 100Hz이상으로 하면, 가공속도가 진동없음의 경우에 비교하여 4~5배까지나 달하여, 보다 한층의 고속화가 달성된다. 이 고속화는 주파수가 200Hz정도로 되었을 때 피크에 달하고, 더욱 주파수를 높게 해도 가공속도는 상승하지 않게 된다. 따라서, 방진부(防振部)를 필요로 하게 되는 고주파로 진동시킬 필요는 없으며, 실용상 알려져 있는 가공용전극, 피가공물 및 그 유지부의 공진주파수의 1/2이하의 주파수라면 충분히 진동의 효과를 얻을 수 있다. 따라서 상기 주파수를 500Hz이하로 설정하므로써, 충분한 안전율을 예상해서 상기 공진주파수의 1/2 이하로 할 수 있다. 상기에 설명한 바와 같이 상기 주파수를 50Hz~500Hz로 설정하므로써, 방전가공의 고속화를 실현하고, 또한 방진부를 필요로 하지 않고 안정된 방전가공을 행할 수 있으나, 보다 바람직하게는 상기 주파수를 100Hz~300Hz로 설정하면 좋다.

또, 상기 진동의 진폭을 가공용전극과 피가공물과의 사이에 방전간격의 2배~40배의 범위로 설정하면, 가공속도의 안정화를 도모할 수 있다. 즉 상기 배율을 2배 미만으로 하면, 제 5도에 표시한 바와 같이, 가공속도의 변동이 현저하게 되어, 안정된 방전가공을 행하는 일이 곤란하게 된다. 다른 한편 상기 배율을 높이면 서서히 가공속도가 저하하므로, 이것을 40배이하로 하고 있다. 이와 같이 상기 배율을 40배 이하로 하는 것은, 압전소자를 무리없이 구동할 수 있다고 하는 관점에서도 바람직한 것이다.

또한 상기 진동의 주파수 및 진폭의 양자를, 상기의 범위로 설정하므로써, 최적조건으로 방전가공의 고속화와 안정화를 도모할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

이하, 도면에 의거해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제 1도는, 본 발명에 의한 방전가공장치의 일실시예이다. 이 일실시예로서 표시한 방전가공장치는, 방전가공장치본체(10)와 제어부(11)에 의해 구성된다. 방전가공장치본체(10)는, 가공용전극유지부(12)에 의해 유지된 가공용전극(13)과, 가공대(14) 위에 유지된 피가공물(15)을 Z축방향으로 미소한 간격으로 대향시킨 방전 가공하는 다이조작(die sinking)방전가공장치이며, 가공액(16)이 들어간 가공조(17)에 고정된 컬럼(column)(18)과 컬럼(18)에 고정된 판스프링(19)의 사이에 가압되어서 접속된 압전소자(110)로 이루어진 진동부가부(111)를 구비하고, 압전소자(110)가 진동하면 컬럼(18)을 고정단부로 해서 판스프링(19)이 진동에 따라서 탄성 변형하고, 판스프링(19)에 접속된 가공대(14)를 개재해서 피가공물(15)에 진동이 전달되는 구조이다.

제어부(11)는, 가공용전극(13)과 피가공물(15)의 사이에 RC회로에 의해 가공용전극을 인가하기위한 가공용전극인가부(112)와, 가공용전극(13)과 피가공물(15)과의 사이의 단락의 유무를 검출하기 위한 전류센서 등의 단락검출부(113)와, 가공용전극(13)을 가공용전극유지부(12)를 개재해서 회전시키기위한 회전제어부(114)와, Z축방향으로 구동하기 위한 Z축구동부(115)와, 압전소자(110)에 임의의 구동전압을 인가하기 위한 압전소자구동부(116)로 이루어진다. 가공중의 Z축구동부(115)는, 가공용전극유지부(12)를 개재해서 가공용전극(13)을 일정한 이송설정속도로 가고용전극(13)과 피가공물(15)과이 간격이 작아지도록 Z축플러스방향(도면의 아래쪽)으로 구동하고, 단락검출부(113)가 가공용전극(13)과 피가공물(15)의 단락을 검출하였을 경우에는 가공용전극(13)과 피가공물(15)과의 간격이 커지도록 Z축 마이너스방향(도면의 위쪽)으로 구동한다.

제2도는, 제 1도에 의거해서 설명한 방전가공장치를 적용한 경우의, 피가공물(15)을 가공제거한 체적을 가공에 소요된 시간으로 나눈 가공속도와, 가공용전극(13)의 이송설정속도와의 관계를 표시한 도면이다. 도면에서는 가공용전극(13)의 회전의 유무와 피가공물(15)의 진동의 유무에 의해 4종류의 조건에 대해서, 각각 정지는 가공용전극(13)이 비회전이고 피가공물(15)이 진동하고 있지 않는 경우, 회전은 가공용전극(13)이 회전이고 피가공물(15)이 진동하고 있지 않는 경우, 진동은 가공용전극(13)이 비회전이고 피가공물(15)이 진동하고 있는 경우, 회전+진동은 가공용전극(13)이 회전이고 피가공물(15)이 진동하고 있는 경우를 표시하고 있다. 가공용전극(13)의 회전수는 3000rpm이고, 피가공물(15)의 Z방향의 진동은 진폭이 201m, 주파수가 100Hz의 정현파의 진동이다. 가공은, 순 텅스텐제의 직경501m의 가공용전극(13)에 의해 스테인레스제의 피가공물(15)을 가공용전압 80V, 저항이 1.1KΩ, 콘덴서가 10pF의 RC회로를 가공용전원으로 해서 광물유의 가공액(16) 속에서 방전가공하였다. 이때의 방전간격은 약 11m이다. 또한, 본 실시예에서는 가공조건이나 가공용전극(13)과 피가공물(15)의 재질을 한정해서 설명하나, 도전성이 있는 재질이면 어떠한 가공조건에 있어서도 진동에 의해 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 것도 없다. 피가공물(15)을 진동시키지 않는 경우, 이송설정속도가 2~31m/s에 있어서 가공속도가 최대로 되고, 이송설정속도를 그 이상으로하면 단락 또는 아크상태로 되어 가공용전극(13)과 피가공물(15)이 떨어지는 회수가 많아서 가공속도의 향상은 기대할 수 없고, 오히려 저하하는 경우가 있다. 한편, 피가공물(15)에 진동을 주고, 적정한 이송설정속도(4~81m/s)로 하므로서, 가고용전극(13)이 비회전의 경우에서 종래의 5배, 회전하고 있는 경우에서 종래의 2배의 가공속도를 얻을 수 있게 된다.

제3도 및 제4도는, 제1도에 의거해서 설명한 방전가공장치를 적용한 경우의, 가공속도와 진동의 주파수의 관계를 표시한 도면이다. 진동조건을 변화시켜, 가공용전극(13)은 항상 회전시키고, 이송설정속도는 81m/s로 하였다. 그 이외는 제 2도에 의거해서 설명한 조건과 마찬가지이다. 이에 의하면 주파수가 50Hz미만에서는 충분한 가공속도의 향상을 인정할 수 없다. 그러나, 제 4도에 표시한 바와같이 주파수가 200Hz를 초과한 부근에서부터 가공속도는 상승하지 않게 된다. 따라서, 방진부를 필요로 하게 되는 고주파로 진동시킬 필요는 없으며, 실용상알려져 있는 가공용전극 및 피가공물 및 그 유지부의 공진주파수의 1/2이하의 주파수라면 충분히 진동의 효과를 얻을 수 있다. 이 때문에 상기 주파수의 범위를 50Hz~500Hz로 설정하였다.

제5도는, 제1도에 의거해서 설명한 방전가공장치를 적용한 경우의, 가공속도와 진동의 진폭의 관계를 표시한 도면이다. 도면속의 「●」은 동일조건(방전간격은 1㎛)에서의 가공결과의 평균을, 「×」는 불균일의 상한 및 하한을 표시하고 있다. 진동의 주파수는 100Hz이다. 이에 의하면 가공속도는 진폭이 2㎛(방전간격 2배) 정도일 때 최대로 되나, 진폭 2㎛ 미만으로하면 결과의 불균일이 크다. 진폭을 상기 방전간격의 2배 이상으로 하므로써 불균일을 작게할 수 있고 가공을 안정화할 수 있다. 또 진폭을 방전간격의 2배 이상으로 하고, 또한 그 배율을 높이면 서서히 가공속도가 저하하므로, 이 배율을 40배 이하로 설정하였다. 이와 같이 상기 배율을 40배 이하로 하는 것은, 압전소자를 무리없이 구동할 수 있다고 하는 관점에서도 바람직한 것이다.

이상과 같이 본 발명은, 방전간격에 체류하는 가공스크랩의 배출을 촉진하고, 가공용전극과 피가공물과의 단락 또는 아크상태의 발생을 저감할 수 있어, 가공의 고속화 및 안정화를 실현할 수 있는 뛰어난 방전가공장치를 실현하는 것이다.

Claims (11)

1. 가공용전극과 피가공물과의 사이에 전압을 인가함으로써 상기 피가공물을 방전가공하는 방전가공장치로서, 상기 가공용전극과 상기 피가공물과의 사이의 단락 또는 아크상태의 유무를 검출하기 위한 단락검출부와, 상기 단락검출부에 있어서 단락 또는 아크상태가 검출되었을 때는 상기 가공용전극의 끝면과 상기 피가공물의 표면과의 간격을 크게하고 단락 및 아크상태가 검출되지 않을 때는 상기 간격을 작게 하도록 상기 가공용전극 또는 상기 피가공물과 연결된 구동부와, 상기 가공용전극과 상기 피가공물과의 사이에 상대적으로 진동을 주기 위한 진동부가부를 구비한 방전가공장치에 있어서, 상기 진동부가부는 50-500Hz의 범위의 주파수와 상기 가공용전극과 상기 피가공물과의 사이의 방전간격의 2배~40배의 범위의 진폭을 가진 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 진동부가부는 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
3. 제1항에 또는 제2항에 있어서, 상기 단락검출부는 상기 가공용전극과 상기 피가공물 사이를 흐르는 전류를 검출하는 전류센서인 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진동부가부는 상기 가공용전극에 진동을 주기위하여 상기 가공용전극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 진동부가부는 상기 가공용전극에 진동을 주기위하여 상기 가공용전극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진동부가부는 상기 피가공물에 진동을 주기 위하여 상기 피가공물에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 진동부가부는 상기 피가공물에 진동을 주기위하여 상기 피가공물에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
8. 제1항, 제2항, 제5항 또는 제7항에 있어서, 상기 가공용전극에 상기 구동부에 의해 구동되는 동안 상기 가공용전극을 회전시키기 위하여 상기 가공용전극에 연결된 회전제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
9. 제3항에 있어서, 상기 가공용전극에 상기 구동부에 의해 구동되는 동안 상기 가공용전극을 회전시키기 위하여 상기 가공용전극에 연결된 회전제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
10. 제4항에 있어서, 상기 가공용전극에 상기 구동부에 의해 구동되는 동안 상기 가공용전극을 회전시키기 위하여 상기 가공용전극에 연결된 회전제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 가공용전극에 상기 구동부에 의해 구동되는 동안 상기 가공용전극을 회전시키기 위하여 상기 가공용전극에 연결된 회전제어부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 방전가공장치.