KR100384133B1 - 방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치 - Google Patents

방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 펀치, 금형, 스트리퍼 플레이트 등을 가공하는데 이용되는 방전 가공 와이어 커팅기에서 와이어를 지지하고 가이드하여 회수하는 역할을 하는 와이어 가이드 암에 있어서,
특히 가이드 암 제조시 현재의 주철 대신 비강성과 비강도가 높고 진동 특성이 우수한 탄소섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료를 이용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방전가공 커팅기의 와이어 가이드 암에 관한 것으로,
탄소섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료로 제조된 튜브와, 상기 튜브에 플랜지를 접합하여 이루어지며, 한쪽 끝단에 와이어 출구를 부착하고 다른 쪽 끝단을 와이어 커팅기의 몸체에 단단히 고정시킨 구성을 갖는 것이 특징이다.

Description

방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치{Composite cantilever arm for guiding a moving wire for electrical discharge wire cutting machine}
본 발명은 펀치, 금형, 스트리퍼 플레이트 등을 가공하는데 이용되는 방전가공 와이어 커팅기에서 와이어를 지지하고 가이드하여 회수하는 역할을 하는 와이어 가이드 암에 관한 것으로, 특히 가이드 암 제조시 현재의 주철 대신 비강성과 비강도가 높고 진동 특성이 우수한 탄소섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료를 이용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 방전가공 커팅기의 와이어 가이드 암에 관한 것이다.
가공 및 제조업계가 경쟁력을 갖추기 위해서는 대량생산체제를 갖추는 것이 필수적인바, 최근의 대량생산 체제하에서 공작기계는 고속화, 고정밀화 추세가 가속되고 있다.
특히, 방전 가공 와이어 커팅기의 경우 펀치, 금형, 스트리퍼 플레이트 등을 가공하는데 주로 이용되며, 가공속도가 분당 300mm이고 가공 정밀도가 5㎛ 이하로 요구되고 있는 실정이다.
도 1은 방전 가공 와이어 커팅기에서 와이어 가이드 암을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서 알 수 있듯이 장력을 받는 와이어(101)가 헤드(102)에서 나와서 와이어 출구(103)쪽의 와이어 가이드 암(104)을 통해 나가며, 와이어 가이드 암은 몸체(105)에 볼트로 고정되어 있다.
와이어 커팅기는 와이어를 공급하고 와이어의 위치를 조정하는 헤드(102)와 공작물과 방전을 일으켜 가공을 만드는 와이어(101)와, 가공 후의 와이어가 방출되는 와이어 출구(103)와, 와이어 가이드 암(104) 등과 공작물을 올려놓는 테이블 (106)과, 와이어 커팅기의 베이스가 되는 베드(107) 및 몸체(105) 등으로 구성되어있다.
방전 가공 와이어 커팅은 와이어와 공작물 사이에서 방전이 발생하여 가공이 일어난다.
한편, 와이어 외에 다른 부품에는 전기가 통하면 안되므로 와이어 가이드 암의 양 끝단에는 세라믹이나 유리섬유 복합재료 등으로 제작된 절연체(108,109)로 절연되어 있다.
그리고, 상기 와이어 가이드 암(104)은 주철제로서 일체로 구성되어 있다.
공작물은 테이블(106)위에 놓여지며, 주로 테이블(106)의 이송에 의해 원하는 방향으로 커팅된다.
만약 곡면이나 경사면을 커팅할 경우에는 헤드(102)가 움직여 와이어(101)를 경사지게 위치시킨 후, 동시에 테이블(106)을 이송한다.
이때, 와이어 가이드 암은 와이어의 한쪽을 고정하는 것이 중요하므로 와이어 가이드 암(104)의 처짐량과 끝단의 진동이 공작물의 가공 정밀도에 큰 영향을 준다. 따라서, 와이어 가이드 암은 강성이 높고 진동 감쇠능이 커야 한다.
그러나, 와이어 가이드 암(104)의 강성을 키우기 위해 두께를 증가시키면 자중이 커져서 더 큰 처짐량이 발생하고, 진동이 발생하면 가공 정밀도가 떨어지고 가공 속도가 떨어져 생산성이 낮아지게 된다.
즉, 기존의 방전 가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암은 주철로 제작되어 있으며, 굽힘강성을 키우기 위해 두께가 두껍게 형성되어 있으므로, 주철의 두께 증가로 인해 자중이 증가하게 되므로서 자체의 처짐량이 크고, 가공시 끝단의 떨림으로 인하여 가공 정밀도에 영향을 받는 문제점이 발생하게 되었다.
본 발명에서는 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 비강성이 높고 진동 특성이 우수한 탄소섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료와 같은 장섬유 강화 복합재료를 사용하여 기존의 와이어 가이드 암에 비해 제작 비용이 저렴하면서 강성 및 진동 특성이 우수하여 방전 가공 와이어 커팅기의 가공속도 및 가공 정밀도를 높일 수 있는 복합재료 와이어 가이드 암을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
즉, 탄소섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료와 같은 장섬유 강화 복합재료는 기존의 강철 및 알루미늄과 같은 금속재료와는 달리 우수한 비강도 및 비강성 특성으로 우주선의 재료로 널리 사용되어 왔으며, 복합재료의 생산 가격이 저렴해 지면서 최근에는 스포츠 용품 및 레저 용품 등에 폭넓게 응용되고 있고, 미국이나 일본 등 일부 선진국에서는 복합재료의 내부식성을 이용하여 화학 플랜트나 하수 처리장 구조물, 클린룸 환경이 필요한 반도체 및 LCD 제조장비 등에 복합재료를 사용하는 경향이 증가하고 있다.
또한, 고분자를 기지로 하는 복합재료의 경우 가격이 저렴하면서 우수한 강성과 강도를 가지고 있고 재료의 밀도가 강철의 20%, 알루미늄의 60% 정도로 낮기 때문에 강철이나 알루미늄에 비하여 수배에서 수십배 높은 비강성과 비강도를 가지고 있다.
또한, 진동이 얼마나 빨리 감쇠하는 가를 나타내는 감쇠비가 강철의 90배,알루미늄의 170배 정도로 매우 높아 구조물에 진동 발생시 그 감쇠속도가 매우 빠르므로 구조물의 동특성이 매우 안정적이다.
또한, 장섬유 강화 복합재료는 섬유의 배열각도 및 적층방법에 따라 기계적 물성을 사용목적에 최적인 성질을 갖도록 제조할 수 있다.
또한, 복합재료를 사용하여 와이어 가이드 암을 제작할 경우, 주철로 제작된 기존의 와이어 가이드 암과 비교하여 강성을 유지하면서 무게를 현저히 줄이고 높은 감쇠 특성을 가지도록 할 수 있기 때문에 와이어 가이드 암 자체의 자중에 의한 처짐량을 줄이고 가공 절밀도를 높이는 반면에 와이어 가이드 암의 자중이 가벼워져 작업시 다루기 간편해진다.
또한, 주철을 이용하여 와이어 가이드 암을 제작할 경우 암의 부식방지를 위해 표면처리나 코팅 등의 후공정이나 커버를 씌워야 하는 이차 작업이 필요하지만 복합재료는 내부식성이 우수하므로 이런 후공정이 필요없다.
또한, 간단한 금형을 이용하여 제작할 수 있으므로 가공비 및 후처리부 등의 제조비용이 저렴하다.
한편, 복합재료를 제조하기 위한 공정으로는 오토클레이브 진공백 성형, 압축 성형, 펄트루전, 필라멘트 와인딩, RTM 공정 등이 있으며, 특히, 오토 클레이브 진공백 성형을 이용하면 고품질의 제품을 제작할 수 있다.
도 1은 일반적인 방전 와이어 커팅기 구성도.
도 2는 본 발명의 와이어 가이드암 장치 구성도.
도 3은 본 발명의 와이어 가이드암 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
101: 와이어 102: 헤드
103: 와이어 출구 104: 와이어 가이드 암
105: 몸체 106: 테이블
107: 베드 108, 109: 절연체
201: 제 1 플랜지 202: 제 2 플랜지
203: 복합재료 튜브 204: 복합재료 보강부
301: 접착제 접합부 302: 맞춤 접합부
본 발명에서는 강성이 높고 진동 특성이 우수한 탄소 섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료를 이용하여 방전 가공 와이어 커팅기의 복합재료 와이어 가이드 암을 제작기술을 제공하고자 하며, 이하에서 도면을 첨부하여 설명하면 다음과 같다.
아래에서 복합재료라 함은 특별한 언급이 없을 경우 강성이 높고 진동 특성이 우수한 탄소섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료를 의미한다.
도 2는 본 발명의 와이어 가이드 암을 설명하기 위한 도면이다. 기타 종래의 구성요소는 동일한 번호로서 기재하기로 한다.
본 발명의 와이어 가이드 암(104)은 탄소섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료로 제조된 튜브(203)와, 상기 튜브(203)에 접합되는 강철이나 알루미늄 제질의 제 1 플랜지 및 제 2 플랜지(201, 202)로 이루어지며, 한 쪽 끝단(201)에 와이어 출구(103)를 부착하고 다른 쪽 끝단(202)을 와이어 커팅기의 몸체(105)에 단단히 고정시킨 구성을 갖는다.
상기 구조에서 제 1 플랜지(201)에는 와이어 출구(103)가 여러개의 볼트로 단단히 고정되며, 제 2 플랜지(202)는 와이어 커팅기 몸체(105)에 여러개의 볼트로 단단히 고정된다.
이런 방식의 외팔보 조건하에서 와이어 가이드 암(104)은 와이어 커팅기 몸체 쪽에 고정되는 접합부가 가장 약하므로 접합부를 보강하기 위하여 제 2 플랜지에 섬유 강화 복합 재료 보강부(204)를 더 설치하였다.
도 3은 본 발명의 와이어 가이드 암의 제작 방법을 설명하기 위한 도면이다
와이어 가이드 암에서 강성의 대부분을 차지하는 복합재료 튜브(203)는 탄소섬유 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료와 같은 장섬유 강화 복합재료는 섬유 길이방향으로의 강성이 크기 때문에 와이어 가이드 암의 길이 방향의 강성을 크게 하기 위하여 15도 이내의 정층각으로 제작하는 것이 바람직하다.
우선 탄소섬유 강화 복합 재료 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료를 맨드럴을 이용하여 튜브형태로 적층한 후, 오토클레이브 진공백 성형의 방법으로 경화시켜 복합재료 튜브(203)를 완성한다.
복합재료 튜브(203)의 양 끝단에는 각각 와이어 출구(103), 몸체(105)와 이를 고정하기 위하여 제 1 플랜지 및 제 2 플랜지(201, 202)로 구성되어 있으며, 각각의 플랜지는 강철이나 알루미늄을 가공하여 제작한다.
와이어 가이드 암의 양 끝단에 부착된 제 1 플랜지 및 제 2 플랜지(201, 202)와 복합재료 튜브(203)는 이종 재료로 구성되어 있으므로 접합이 필요하다.
이를 위해 제 1 플랜지 및 제 2 플랜지(201, 202)에는 돌출부(201a, 202a)가 형성되어 튜브의 내주연과 접합부를 이루도록 하고 있다.
제 1 플랜지 및 제 2 플랜지(201, 202)와 튜브(203) 사이의 접합부는 접착제를 이용한 접합부(301) 또는 끼워 맞춤 접합부(302)로 이루어져 있다.
도면에서는 접착제 및 맞춤 접합부를 모두 설명하기 위해 일개의 도면에 나타내었지만, 실제로는 본 발명의 와이어 가이드 암(104) 제작시에는 접착제를 이용하여 플랜지(201, 202)와 튜브(203) 사이를 접합하는 방법과, 맞춤 접합에 의해 플랜지(201, 202)와 튜브(203) 사이를 접합하는 방법 중에서 한가지를 선택하여 접합 작업을 완료시킬 수도 있고, 두가지를 모두 사용하여 접합작업을 완료시킬 수도 있다.
만약 접착제를 이용하여 접합하고자 할 때에는, 복합재료 튜브(203)의 안쪽과 제 1 플랜지 및 제 2 플랜지(201, 202)의 돌출부(201a, 202a)를 각각 #150, #80 사포로 연마하고 아세톤 등의 세척제로 세척한 후, 접착제 접합부에 접착제를 고르게 도포하여 접합한다.
한편, 상기 복합재료는 내부식성이 높으므로 추가로 표면처리 및 코팅 혹은 커버를 씌우는 등의 후공정이 필요없으므로 가공비 및 후처리 비용이 줄어들어 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.
탄소섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료 와이어 가이드 암은 기존의 주철 와이어 가이드 암에 비해 더 높은 비강성을 가지고 우수한 진동 특성을 가지므로 자중에 의한 처짐량이 감소하게 되고 진동특성이 향상된다.
따라서, 와이어 가이드 암의 강성을 유지하면서 자체의 처짐량이 줄어들고, 끝단의 진동 감쇠 효과가 증가하여 가공속도 및 가공 질밀도가 크게 향상된다.
또한, 내부식성이 높은 복합재료를 사용하면 표면처리 및 코팅 혹은 커버를 씌우는 등의 후공정이 필요 없으므로 가공비 및 후처리 비용이 거의 소요되지 않아 제조단가를 낮출 수 있다.

Claims (9)

  1. 탄소섬유 강화 혹은 케블라 섬유 강화 복합재료로 제조된 튜브(203)와, 상기 튜브(203)에 플랜지(201, 202)를 접합하여 이루어지며, 한 쪽 끝단(201)에 와이어 출구(103)를 부착하고 다른 쪽 끝단(202)을 와이어 커팅기의 몸체(105)에 단단히 고정시킨 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지(201, 202)는 강철 재질인 것을 특징으로 하는 방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지(201, 202)는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 플랜지(201, 202)는 튜브(203)와 결합할 수 있도록 돌출부(201a, 202a)를 갖는 것을 특징으로 하는 방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지(201, 202)와 튜브(203)는 접착제에 의해 상호 접합되는 것을 특징으로 하는 방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지(201, 202)와 튜브(203)는 억지끼움에 의해 상호 접합되는 것을 특징으로 하는 방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지(201, 202)와 튜브(203)는 접착제와 억지끼움을 혼합하여 상호 접합되는 것을 특징으로 하는 방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    접합부를 보강하기 위하여 제 2 플랜지(202)에 섬유 강화 복합 재료 보강부 (204)를 더 형성한 것을 특징으로 하는 방전가공 와이어 커팅기의 와이어 가이드 암 장치.
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