KR100564157B1 - 방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방전가공형 드릴장치에 인가되는 방전펄스 중에서 온 타임 시의 전류 인가방식을 계단형으로 구분 제어함으로써 전극소모량의 감소, 면조도의 향상, 방전가공 속도의 증대, 또는 가공의 안정성 등과 같은 방전가공 시의 다양한 효과를 선택적으로 구현할 수 있는 방전펄스 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방전펄스 제어장치는, 공작물이 거치되는 공작대와, 이 공작대의 상부 측에 배치된 드릴부재와, 이 드릴부재를 X, Y, Z 축을 따라 3차원적으로 이동시키는 X, Y, Z 이송대와, Z축 이송대 일측에 Z축을 따라 이동됨과 동시에 회전가능하게 연결되어 드릴부재가 척킹되는 회전스핀들을 포함하고, 드릴부재 및 공작물 측에는 직류전원이 인가되며, 직류전원의 음극에 드릴부재가 접속되며, 직류전원의 양극에 공작물이 접속된 방전가공형 드릴장치에 있어서, 전원공급 회로 상에 전원 제어부가 접속되고, 이 전원 제어부 내에는 다수의 스위칭 단자가 구비되며, 전원 제어부에 의해 다수의 스위칭 단자를 선택적으로 온오프 제어함으로써 전원공급 회로 내의 저항치가 조절되어 드릴부재 및 공작물 측으로 전류 세기가 단차형으로 시구간(時區間) 제어되는 것을 특징으로 한다.

방전가공, 방전펄스, 시구간, 제어, 단차형

Description

방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어장치 및 그 방법{Device for controlling the discharge pulse of electric discharge machine drill apparatus and method thereof}

도 1은 일반적인 방전가공형 드릴장치를 도시한 사시도.

도 2는 종래의 방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어방식을 도시한 그래프.

도 3은 본 발명의 방전펄스 제어장치를 도시한 구성도.

도 4는 본 발명의 방전펄스 제어장치의 제어부 구성을 예시적으로 도시한 구성도.

도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 방전펄스 제어방법을 예시적으로 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 방전펄스 제어방법을 예시적으로 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 방전펄스 제어방법을 예시적으로 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 방전펄스 제어방법을 예시적으로 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

W : 공작물 100 : 공작대

102, 103, 104 : X, Y, Z축 이송대

105 : 드릴부재 106 : 회전스핀들

107 : 제어부 200 : 전원 제어부

본 발명은 방전가공형 드릴장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방전가공형 드릴장치에 인가되는 방전펄스 중에서 온 타임 시의 전류 인가방식을 계단형으로 구분 제어함으로써 전극소모량의 감소, 면조도의 향상, 방전가공 속도의 증대, 또는 가공의 안정성 등과 같은 방전가공 시의 다양한 효과를 선택적으로 구현할 수 있는 방전펄스 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

널리 주지된 바와 같이, 방전가공이라 함은 두 전극 사이에 방전을 일으켰을 때 발생하는 물리적, 기계적, 전기적 작용을 이용하여 가공하는 방법으로, 절연성이 있는 가공액에 공구전극과 공작물을 넣고 펄스성 방전을 반복시키면 전자 충격에 의해 공작물의 일부를 녹이거나 비산시켜 소정의 형상으로 가공하는 방식의 일종이다.

이와 같은 방전가공 방식을 적용한 방전가공기에는, 총형전극을 이용한 형방전가공기와 와이어전극을 이용한 와이어방전가공기 등과 같이 다양한 제품이 있다.

이러한 방전가공기 중에서, 공작물에 아주 미세한 구멍 또는 홈을 가공하는 방전가공형 드릴장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 공작물(W)이 지그(J)를 매개로 거치되는 공작대(100)와, 이 공작대(100)의 상부 측에 배치된 드릴부재(105)와, 이 드릴부재(105)를 X, Y, Z 축을 따라 3차원적으로 이동시키는 X, Y, Z축 이송대(102, 103, 104)와, Z축 이송대(104) 일측에 Z축 방향으로 이동됨과 동시에 회전가능하게 연결되어 드릴부재(105)가 척킹되는 회전스핀들(106)과, 장치 전체의 작동을 제어부(미도시)를 포함하고, 드릴부재(105) 및 공작물(W) 측에는 직류전원이 인가되며, 이 직류전원의 음극에는 드릴부재(105)가 접속되고, 직류전원의 양극에는 공작물(W)이 접속되도록 구성된다.

또한, 공작대(100)의 측면에는 작업자에 의해 각종 입력 데이터를 입력하는 입력부(108) 및 입력 데이터, 각종 가공조건 또는 가공되는 상태 등과 같은 각종 정보를 표시하는 표시부(109)가 구비된다.

이러한 구성에 의해, 회전스핀들(106)에 의해 회전작동하는 드릴부재(105) 및 공작대(100)에 직류전원이 인가되면, 드릴부재(105) 및 공작물(W) 사이에는 소정의 방전 펄스가 반복적으로 발생되어, 공작물(W)에는 구멍 또는 홈 등이 가공된다.

이러한 방전가공형 드릴장치에 인가되는 방전펄스는 도 2에 도시된 바와 같이, 온ㆍ오프 타임(ON-OFF TIME ; A, B)이 주기적으로 반복된다.

이와 같은 방전펄스의 전류 세기, 온ㆍ오프 타임(ON TIME)의 시간 등과 같은 변수들을 적절히 설정하여 공작물의 표면을 거칠게 가공하는 황삭 가공, 공작물의 표면을 중간정도로 다듬질하는 중삭 가공, 공작물의 표면을 매끄럽게 다듬질하는 정삭 가공 등을 순차적으로 실시함으로써, 공작물의 면조도 및 치수 등을 완성시킨다.

하지만, 이러한 종래의 방전펄스 제어방법은 황삭, 중삭, 정삭 가공의 각 단계에 따라 개별적으로 전류 세기, 온 타임의 시간 등을 설정하여야 함에 따라 그 가공시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 전극 소모량이 매우 크며, 원하는 면조도 및 치수 등을 완성시킬 수 없어 별도의 후가공 공정이 더 소요되는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 방전가공형 드릴장치에 발생하는 방전펄스 중에서 온 타임 시의 전류 인가방식을 계단형으로 구분 제어함으로써 전극소모량의 감소, 면조도의 향상, 방전가공 속도의 증대, 또는 가공의 안정성 등과 같은 방전가공 시의 다양한 효과를 선택적으로 구현할 수 있는 방전펄스 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방전펄스 제어장치는, 공작물이 거치되는 공작대와, 이 공작대의 상부 측에 배치된 드릴부재와, 이 드릴부재를 X, Y, Z 축을 따라 3차원적으로 이동시키는 X, Y, Z 이송대와, Z축 이송대 일측에 Z축을 따라 이동됨과 동시에 회전가능하게 연결되어 드릴부재가 척킹되는 회전스핀들을 포함하고, 드릴부재 및 공작물 측에는 직류전원이 인가되며, 직류전원의 음극에 드릴부재가 접속되며, 직류전원의 양극에 공작물이 접속된 방전가공형 드릴장치에 있어서,

상기 전원공급 회로 상에 전원 제어부가 접속되고, 이 전원 제어부 내에는 다수의 스위칭 단자가 구비되며, 전원 제어부에 의해 다수의 스위칭 단자를 선택적으로 온오프 제어함으로써 전원공급 회로 내의 저항치가 조절되어 드릴부재 및 공작물 측으로 전류 세기가 단차형으로 시구간(時區間) 제어되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방전펄스 제어방법은, 공작물이 거치되는 공작대와, 이 공작대의 상부 측에 배치된 드릴부재와, 이 드릴부재를 X, Y, Z 축을 따라 3차원적으로 이동시키는 X, Y, Z 이송대와, Z축 이송대 일측에 Z축을 따라 이동됨과 동시에 회전가능하게 연결되어 드릴부재가 척킹되는 회전스핀들을 포함하고, 드릴부재 및 공작물 측에는 직류전원이 인가되며, 직류전원의 음극에 드릴부재가 접속되며, 직류전원의 양극에 공작물이 접속된 방전가공형 드릴장치에 있어서,

드릴부재 및 공작물에 인가되는 방전펄스의 온 타임 시에 전류세기를 단차형으로 시구간제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 단차형의 시구간 제어방식은 시간이 경과함에 따라 전류 세기가 상승하는 형태로 시구간 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 단차형의 시구간 제어방식은 시간이 경과함에 따라 전류 세기가 하강하는 형태로 시구간 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 단차형의 시구간 제어방식은 시간이 경과함에 따라 전류 세기가 상승하다가 다시 하강하는 산형으로 시구간 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 단차형의 시구간 제어방식은 시간이 경과함에 따라 전류 세기 가 하강하다가 다시 상승하는 계곡형으로 시구간 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어장치를 도시한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 방전펄스 제어장치는 공작물(W)이 지그(J)를 매개로 거치되는 공작대(100)와, 이 공작대(100)의 상부 측에 배치된 드릴부재(105)와, 이 드릴부재(105)를 X, Y, Z 축을 따라 3차원적으로 이동시키는 X, Y, Z축 이송대(102, 103, 104)와, Z축 이송대(104)의 일측에 Z축 방향으로 이동됨과 동시에 회전가능하게 연결되어 드릴부재(105)가 척킹된 회전스핀들(106)로 이루어진 방전가공형 드릴장치(도 1 참조)에 있어서, 드릴부재(105) 및 공작물(W) 측에 직류전원(107, 도 3 참조)이 인가되고, 직류전원(107)의 음극에는 드릴부재(105)가 접속되며 직류전원(107)의 양극에는 공작물(W)이 접속되어 이루어진 직류전원(107)의 공급회로 상에 전원 제어부(200)가 접속된 것을 특징으로 한다.

이 전원 제어부(200)는 내부 회로 상에 다수의 스위칭 단자(201, 202, 203, 204)가 구비되고, 전원 제어부(200)는 사용자에 의해 선택적으로 입력된 프로그램에 의해 각 스위칭 단자(201, 202, 203, 204)의 온오프를 선택적으로 제어함으로써 드릴부재(105) 및 공작물(W) 측에 인가되는 전류의 세기를 후술하는 방전펄스 제어방법에서와 같이, 단차형으로 제어함으로써 전류의 세기가 시간적으로 구분 제어되도록 구성된다.

이러한 다수의 스위칭 단자(201, 202, 203, 204)는 도 4에 예시적으로 도시된 바와 같이, 전원 제어부(200) 내에 병렬 접속되고, 각 스위칭 단자(201, 202, 203, 204)에는 서로 다른 크기의 저항치(R1, R2, R3, R4)들이 개별적으로 접속된 구조로 이루어질 수도 있다.

이러한 구조에 의해, 전원 제어부(200)에 기입력된 프로그램에 의해 다수의 스위칭 단자(201, 202, 203, 204)의 온오프가 선택적으로 제어되면, 전원(107)의 공급회로 내에서의 각 저항치(R1, R2, R3, R4)들이 적절히 조절되어 드릴부재(105) 및 공작물(W) 측에 인가되는 전류세기가 시간적을 구분 제어됨으로써, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 방전펄스의 온 타임 시의 전류공급이 단차형을 이루며 진행된다.

즉, 전원 제어부(200)는 기 입력된 프로그램에 의해 각 스위칭 단자(201, 202, 203, 204)의 온오프를 시간적으로 구분제어하게 되고, 이러한 스위칭 단자(201, 202, 203, 204)가 선택적으로 시간구분 제어됨에 따라 드릴부재(105) 및 공작물(W) 측에 인가되는 전류의 세기는 단차형을 이루게 된다.

도 5 내지 도 8은 본 발명의 방전펄스 제어방법에 의해 구현되는 방전펄스의 형태를 실시예별로 도시한 형태이다.

본 발명의 방전펄스 제어방법은 도 3에 도시된 방전펄스 제어장치의 제어부(200)에 의해, 다수의 스위칭 단자(201, 202, 203, 204)를 선택적으로 시간구분 제어함으로써 방전펄스의 온 타임(A)을 단차형의 펄스 파형으로 구현하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

도 5는 본 발명의 제1실시예로서, 방전펄스의 온 타임(A) 시에 단차형의 펄스 파형을 시간의 경과에 따라 상승하는 형태로 구현함으로써, 가공의 안정성을 도모할 수 있게 된다.

즉, 온 타임(A)의 초기구간(a)에는 전류의 세기가 적기 때문에 공작물(W)의 가공량이 적지만 드릴부재(105)의 소모량(즉, 전극 소모량)이 작게 되고, 시간이 경과하여 중간구간(b), 최종구간(c)에서 점차적으로 그 전류 세기가 커지게 되면 공작물(W)의 가공량이 많아지게 되어 드릴부재(105)와 공작물(W) 사이의 극간이 커지게 되어 다음의 오프 타임 시에 드릴부재(105)와 공작물(W)이 서로 접촉하여 쇼트가 발생할 위험이 적어지는 효과가 발현될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시예로서, 방전펄스의 온 타임(A) 시에 단차형의 펄스 파형을 시간의 경과에 따라 하강하는 형태의 펄스 파형으로 구현함으로써, 방전 가공속도를 증대시키는 효과를 도모할 수 있게 된다.

즉, 온 타임(A)의 초기구간(a)에는 전류의 세기가 크기 때문에 공작물(W)의 가공이 많아지게 되고, 시간이 경과하여 중간구간(b), 최종구간(c)에서 점차적으로 그 전류세기가 작게 되면 공작물(W)의 가공량은 상대적으로 작지만 드릴부재(105)의 소모량(즉, 전극 소모량)이 작게 된다. 이와 같이, 초기구간(a)에서는 전류 세기가 크고, 중간 및 최종구간(b, c)에서는 전류 세기가 작기 때문에 그 방전 가공속도가 상대적으로 커지게 된다.

도 7은 본 발명의 제3실시예로서, 방전펄스의 온 타임(A) 시에 단차형의 펄스 파형을 시간의 경과에 따라 산형으로 구현함으로써, 공작물(W)의 가공면의 면조 도를 향상시키는 효과를 도모할 수 있게 된다.

즉, 온 타임(A)의 초기구간(a)에는 전류의 세기가 작기 때문에 공작물(W)의 가공이 적게 이루어지고, 중간구간(b)에서 증가하여 공작물(W)의 가공량이 상대적으로 많아지다가, 다시 최종구간(c)에서 감소하여 드릴부재(105)의 소모량(즉, 전극 소모량)이 작게 된다.

이와 같이, 본 발명의 제3실시예는, 초기 및 최종구간(a, c)에서는 전류 세기가 작게 됨에 따라 공작물(W)의 면조도가 향상될 뿐만 아니라 드릴부재(105)의 소모량이 작게되고, 중간구간(b)에서는 전류 세기가 커지게 됨에 따라 공작물(W)의 가공량이 많아지게 되어 드릴부재(105) 및 공작물(W) 사이의 극간을 충분히 확보할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 8은 본 발명의 제4실시예로서, 방전펄스의 온 타임(A) 시에 단차형의 펄스 파형을 시간의 경과에 따라 계곡형으로 구현함으로써, 방전 가공속도를 증대시킬 뿐만 아니라 가공의 안정성을 확보할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 제4실시예는, 초경합금 등과 같은 경도가 높은 재질에 주로 활용될 수 있는 것으로 초기구간(a)에서는 전류 세기를 크게 함에 따라 공작물(W)의 가공량이 많게 하고, 중간구간(b)에서는 전류 세기를 작게 함에 따라 공작물(W)의 면조도를 향상시키며, 최종구간(c)에서는 전류 세기를 다시 크게 함으로써 공작물(W)의 가공량이 많게 하여 드릴부재(105) 및 공작물(W) 사이의 극간을 넓혀 다음의 오프 타임 시에 드릴부재(105)와 공작물(W)이 서로 접촉하여 쇼트가 발생할 위험이 적어지는 효과가 발현될 수 있다.

한편, 상술한 제1 내지 제4실시예에 있어서, 방전펄스의 온 타임(A) 시의 중간구간(b)은 초기 및 최종구간(a, c) 보다 상대적으로 길게 지속됨이 바람직할 것이다. 이는 각 실시예의 중간구간(b)에 해당하는 영역에서 실질적인 가공을 가장 많이 이루어지기 때문이다.

상기와 같은 본 발명은, 방전가공형 드릴장치에서 발생되는 방전펄스 중에서 온 타임 시의 전류 인가방식을 계단형으로 구분 제어함으로써 전극소모량의 감소, 면조도의 향상, 방전가공 속도의 증대, 또는 가공의 안정성 등과 같은 방전가공 시의 다양한 효과를 선택적으로 구현할 수 있는 장점이 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 공작물이 거치되는 공작대와, 이 공작대의 상부 측에 배치된 드릴부재와, 이 드릴부재를 X, Y, Z 축을 따라 3차원적으로 이동시키는 X, Y, Z 이송대와, Z축 이송대 일측에 Z축을 따라 이동됨과 동시에 회전가능하게 연결되어 드릴부재가 척킹되는 회전스핀들을 포함하고, 드릴부재 및 공작물 측에는 직류전원이 인가되며, 직류전원의 음극에 드릴부재가 접속되며, 직류전원의 양극에 공작물이 접속된 방전가공형 드릴장치에 있어서,

   상기 전원공급 회로 상에 전원 제어부가 접속되고, 이 전원 제어부 내에는 다수의 스위칭 단자가 구비되며, 전원 제어부에 의해 다수의 스위칭 단자를 선택적으로 온오프 제어함으로써 전원공급 회로 내의 저항치가 조절되어 드릴부재 및 공작물 측으로 전류 세기가 단차형으로 시구간(時區間) 제어되는 것을 특징으로 하는 방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어장치.
2. 공작물이 거치되는 공작대와, 이 공작대의 상부 측에 배치된 드릴부재와, 이 드릴부재를 X, Y, Z 축을 따라 3차원적으로 이동시키는 X, Y, Z 이송대와, Z축 이송대 일측에 Z축을 따라 이동됨과 동시에 회전가능하게 연결되어 드릴부재가 척킹되는 회전스핀들을 포함하고, 드릴부재 및 공작물 측에는 직류전원이 인가되며, 직류전원의 음극에 드릴부재가 접속되며, 직류전원의 양극에 공작물이 접속된 방전가공형 드릴장치에 있어서,

   상기 드릴부재 및 공작물에 인가되는 방전펄스의 온 타임 시에 전류세기를 단차형으로 시구간제어하는 것을 특징으로 하는 방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 단차형의 시구간 제어방식은 시간이 경과함에 따라 전류 세기가 상승하는 형태로 시구간 제어하는 것을 특징으로 하는 방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 단차형의 시구간 제어방식은 시간이 경과함에 따라 전류 세기가 하강하는 형태로 시구간 제어하는 것을 특징으로 하는 방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 단차형의 시구간 제어방식은 시간이 경과함에 따라 전류 세기가 상승하다가 다시 하강하는 산형으로 시구간 제어하는 것을 특징으로 하는 방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어방법.
6. 제2항에 있어서,

   상기 단차형의 시구간 제어방식은 시간이 경과함에 따라 전류 세기가 하강하다가 다시 상승하는 계곡형으로 시구간 제어하는 것을 특징으로 하는 방전가공형 드릴장치의 방전펄스 제어방법.

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