KR100574081B1 - 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을생산하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 이를 위해 모션 콘트롤러(Motion Controller)와 이디엠 콘트롤러(EDM Controller)가 컴퓨터(PC)와 컴포트(COM Port)로 접속되는 단계; 상기 모션 콘트롤러가 X,Y,Z축 스테이지의 고정밀, 저속, 고토크의 피에조모터 및 원호간과 축간 동기화를 동시에 제어하는 단계; 상기 이디엠 콘트롤러가 충방전 전원의 온,오프 제어, 충방전 회로에 접속되는 저항과 커페시터의 선택제어, 충방전 가공시 아날로그값의 전류량을 디지털값으로 변환 후 컴퓨터로 전송하여 가공의 이상 유,무를 판단제어, 가공전극이 치부되어 있는 스핀들(Spindle) 구동 드라이브(Driver)와 웨지(WEDG) 구동 드라이브(Driver)의 동작을 담당하는 스텝(STAEP) 모터(Motor)의 방향과 속도제어 및 방전 가공유의 순환을 담당하는 펌프(Pump) 구동회로를 제어하는 단계; 상기 충방전 회로에서 가공의 정밀도를 높이기 위해 여러종류의 저항(R)과 커페시터(C)를 설치하여 사용자가 가공물의 재질과 가공정도에 따라 가공 전압을 조절함은 물론 저항과 커페시터는 UI를 통해 선택이 가능하도록 제어하는 단계;로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 사출성형용 금형 3차원 마이크로 방전 가공 장치는 현재 전 세계적으로 전무한 상태이어서 선진 가공 기술을 미연에 확보할 수 있도록 한 것이고, RC 회로의 장점을 가지면서도 펄스를 인위적으로 조절하여 방전 효율을 증대할 수 있도록 한 것이며, 현재까지 마이크로 금형 폴리싱에 대한 기술이 거의 없는 상태인데 ER 폴리싱 기술을 확보하여 사출성형용 마이크로 금형에 이를 적용하여 사출품의 정밀도와 생산 품질을 향상시킬 수 있도록 한 것이고 더 나아가서는 현재 반도체 산업과 의료산업에서 요구되고 있는 미세 가공 기술을 확보하게 되면 이를 통해 의료 산업이나 미세 금형 산업 그리고 정보 저장기기 등의 분야에서 많은 부가가치를 창출할 수 있고, 특히 마이크로 노즐 가공이나 프린터 노즐 가공, 전자총의 미세한 구멍 가공, 광케이블의 미세 구멍 가공 등 뿐 아니라 마이크로 기어나 렌즈 금형, 다양한 형상의 캐버티(cavity) 금형 등 다양한 산업분야에서 가공 기술을 적용할 수 있도록 한 것이다.

받침대, X,Y,Z축 스테이지, 전극가공부, 방전가공부, 마이크로 방전 가공.

Description

3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법{Mattet production method of 3D Micro Electro Discharge Machining control}

도 1 은 본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 보인 전체 사시

도.

도 2 는 본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치의 정면도.

도 3 은 본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치의 측면도.

도 4 는 본 발명에 적용된 X,Y축스테이지를 보인 사시도.

도 5 는 본 발명에 적용된 전극가공부의 사시도.

도 6 은 본 발명에 적용된 전극가공부를 이용하여 전극을 가공하는 상태를

보인 부분 확대 구성도.

도 7 의 (a)(b)는 본 발명에 적용된 전극을 이용하여 가공물에 미세 구멍을

가공하는 상태를 보인 구성도.

도 8 은 본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공

물을 생산하는 방법의 간략 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 받침대 20: X,Y축 스테이지

23,27,53; 피에조모터 24,28: 세라믹바

30: 가공함 40: 전극가공부

50: Z축 스테이지 60: 방전가공부

62: 스핀들모터 63: 스핀들

본 발명은 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사출성형용 금형 3차원 마이크로 방전 가공 장치는 현재 전 세계적으로 전무한 상태이어서 선진 가공 기술을 미연에 확보할 수 있도록 한 것이고, RC 회로의 장점을 가지면서도 펄스를 인위적으로 조절하여 방전 효율을 증대할 수 있도록 한 것이며, 현재까지 마이크로 금형 폴리싱에 대한 기술이 거의 없는 상태인데 ER 폴리싱 기술을 확보하여 사출성형용 마이크로 금형에 이를 적용하여 사출품의 정밀도와 생산 품질을 향상시킬 수 있도록 한 것이고 더 나아가서는 현재 반도체 산업과 의료산업에서 요구되고 있는 미세 가공 기술을 확보하게 되면 이를 통해 의료 산업이나 미세 금형 산업 그리고 정보 저장기기 등의 분야에서 많은 부가가치를 창출할 수 있고, 특히 마이크로 노즐 가공이나 프린터 노즐 가공, 전자총의 미세한 구멍 가공, 광케이블의 미세 구멍 가공 등 뿐 아니라 마이크로 기어나 렌즈 금형, 다양한 형상의 캐버티(cavity) 금형 등 다양한 산업분야에서 가공 기술을 적용할 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피 오늘날 광 디지털 통신 기술과 의료 환경 그리고 전자가전의 산업분야에서 미래 고부가가치 첨단제품 개발에 필요한 고기능 초미세 마이크로 부품 기술 개발에 대한 연구가 활발히 진행중에 있다. 미래 첨단 제품의 크기, 성능, 기능 등은 가공될 수 있는 부품의 크기와 가공 기술에 의해 많은 제약을 받게 된다. 현재 제품의 형화에 있어서 가장 중요한 기술이 정밀 가공 기술 및 마이크로 조립 기술이라고 할 수 있다. 현재 이러한 마이크로 부품의 가공 및 제작에 대한 접근은 크게 거시적인 접근과 미시적인 접근으로 나누어 볼 수 있다. 지금까지 일반적으로 MEMS라 불리는 마이크로 가공법은 미시적인 부분에서 거시적인 과정으로 올라오는 방식이고, 이는 기존의 가공법과 차별화된 방법이다. 이들은 가공 공정의 제어가 어려운 점과 제품의 aspect ratio를 크게 만들기에 어려운 점(즉 평면 차원의 가공을 삼차원 형상 가공으로 바꾸기 힘든 점) 그리고 만들어진 제품의 강성 문제 및 공정에 사용되는 재료가 실리콘 재료에 한정된다는 약점들이 있다. 또한 무엇보다 공정 시간이 매우 길며 제품의 수율이 문제가 되어 생산성이 떨어질 수 있다는 큰 단점이 있다.

한편 다른 접근 방법으로는 현재까지 마이크로 가공에서 사용되던 절삭가공 기술인 밀링이나 드릴 그리고 특수가공의 형태인 방전이나 초음파 가공과 같은 가공 기술을 가지고 마이크로 가공으로 나아가는 거시적 접근 방법이 있다. 그러나 이러한 기존의 가공법을 소형화하여 마이크로 가공에 접근하는 데에는 가공기의 개발의 어려움과 가공 기술 자체의 어려움 등이 있다. 마이크로 드릴의 경우 현재 30㎛ 직경의 공구가 만들어지고 있지만 드릴 공정을 이용하여 메탈 계열의 가공이나 구멍 직경이 수 ㎛ 되는 가공은 거의 불가능한 실정이다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 가공 방법 중의 하나가 마이크로 방전 가공이다.

즉, 상기 마이크로 방전 가공의 경우 기존의 가공법에서 마이크로 가공으로 접근해 가는 거시적인 접근 방법으로 가공의 시간을 향상시키고 유연한 가공성을 가진다는 큰 장점이 있다. 이 방식은 전극과 공작물 사이의 전기 방전을 제어하는 방식으로 재료의 침식에 그 기반을 두고 있다. EDM(Electro Discharge Machining) 가공은 기존에도 존재해 온 방식이지만 Masaki에 의해서 마이크로 분야로 처음 적용되었다. 마이크로 방전 가공에 의해서 마이크로 구멍을 뚫기 위한 공고, 마이크로 샤프트를 가공하기 위한 공구, 그리고 복잡한 형상을 만들기 위한 공구 등 세 가지 다른 타입의 공구들이 개발되어졌다. 이러한 공구들은 기존의 선반이나 밀링과 같은 마이크로 기계의 공구들과 유사하다. 가공할 수 있는 재료는 일반적으로 전기 도체여야 하며 현재는 실리콘과 같은 반도체의 경우에도 가공에 적용하고 있다. 이러한 방전 가공의 장점은 가공력이 거의 걸리지 않으므로 제품에 손상을 주지 않으며 초경이나 금형강과 같은 고경도 재료들을 손쉽게 가공할 수 있으며 공구의 강성 문제도 해결된다. 이 때문에 EDM 공정을 이용하여 3차원 미세 가공을 통한 금형 제작에도 적용하기에 매우 좋다. 현재 마이크로 구멍 가공은 터빈 엔진의 노즐이나 잉크 제트의 노즐, 항공 우주 분야나 의학 분야에서 사용되는 가스나 액체 오리피스, 핵융합 측정장치, X-ray 전자총이나 고속 컴퓨터의 마이크로 연결부, 마이크로 터빈, 항공기 엔진부 등의 미세 구멍을 초정밀로 가공할 때 사용될 수 있다. 현재 미세 방전가공에 의한 구멍 가공의 경우에 aspect ratio가 1~5배 정도이며 구멍의 직경은 일반적으로 75㎛ 이상에서 모두 가능하다. 실험적 수준에서는 10㎛ 미만까지 가공된 결과가 있다.

상기와 같이 현재까지 마이크로 방전 가공 기술에 대한 결과, 미세 금형 기술에 마이크로 방전 가공을 이용하여 가공품을 만들기 위해서는 공구 마모 보정 기술이 요구되는데 공구 마모에 대한 보정은 없으므로 정확한 치수 정도를 유지할 수 없다는 문제점이 발생되었으며, 가공된 표면의 표면 상태가 매끄럽지 않으므로 인하여 가공품의 형상이 세밀하지 못한 것을 볼 수 있다. 그리고 아직까지 마이크로 방전가공기에 의해 정확한 공구 마모를 포함하여 캐버티(Cavity)나 미세 부품 금형을 가공하는 기술이 미흡하며 또한 가공된 부품을 폴리싱 하는 마이크로 폴리싱을 실제적을 적용하여 미세 금형을 제작할 수 있는 가공기의 상용화는 되어 있지 않은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 미세 사출 금형을 제작할 수 있는 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제공함을 제1목적으로 한 것이고, 이를 위한 구체적인 제2목적은 사출성형용 금형 3차원 마이크로 방전 가공 장치는 현재 전 세계적으로 전무한 상태이어서 선진 가공 기술을 미연에 확보할 수 있도록 한 것이고, 제3목적은 RC 회로의 장점을 가지면서도 펄스를 인위적으로 조절하여 방전 효율을 증대할 수 있도록 한 것이며, 제4목적은 현재까지 마이크로 금형 폴리싱에 대한 기술이 거의 없는 상태인데 ER 폴리싱 기술을 확보하여 사출성형용 마이크로 금형에 이를 적용하여 사출품의 정밀도와 생산 품질을 향상시킬 수 있도록 한 것이고, 제5목적은 현재 반도체 산업과 의료산업 에서 요구되고 있는 미세 가공 기술을 확보하게 되면 이를 통해 의료 산업이나 미세 금형 산업 그리고 정보 저장기기 등의 분야에서 많은 부가가치를 창출할 수 있도록 한 것이며, 제6목적은 특히 마이크로 노즐 가공이나 프린터 노즐 가공, 전자총의 미세한 구멍 가공, 광케이블의 미세 구멍 가공 등 뿐 아니라 마이크로 기어나 렌즈 금형, 다양한 형상의 캐버티(cavity) 금형 등 다양한 산업분야에서 가공 기술을 적용할 수 있도록 한 것이고 이로 인해 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법을 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 미세 구멍을 가공하는 마이크로 방전 가공 장치의 가공 방법에 있어서, 모션 콘트롤러(Motion Controller)와 이디엠 콘트롤러(EDM Controller)가 컴퓨터(PC)와 컴포트(COM Port)로 접속되는 단계; 상기 모션 콘트롤러가 X,Y,Z축 스테이지의 고정밀, 저속, 고토크의 피에조모터 및 원호간과 축간 동기화를 동시에 제어하는 단계; 상기 이디엠 콘트롤러가 충방전 전원의 온,오프 제어, 충방전 회로에 접속되는 저항과 커페시터의 선택제어, 충방전 가공시 아날로그값의 전류량을 디지털값으로 변환 후 컴퓨터로 전송하여 가공의 이상 유,무를 판단제어, 가공전극이 치부되어 있는 스핀들(Spindle) 구동 드라이브(Driver)와 웨지(WEDG) 구동 드라이브(Driver)의 동작을 담당하는 스텝(STAEP) 모터(Motor)의 방향과 속도제어 및 방전 가공유의 순환을 담당하는 펌프(Pump) 구동회로를 제어하는 단계; 상기 충방전 회로에서 가공의 정밀도를 높이기 위해 여러종류의 저항(R)과 커페시터(C)를 설치하여 사용자가 가공물의 재질과 가공정도에 따라 가공 전압을 조절함은 물론 저항과 커페시터는 UI를 통해 선택이 가능하도록 제어하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법을제공한다.

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법은 도 1 내지 도 8 에 도시된 바와 같이 사용된다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치는 마이크로 미터 크기 이하로 초미세 구멍을 가공하는 장치에 관한 것으로, 이의 기술적 구성에는 크게 X,Y,Z축 스테이지(20)(50), 가공함(30), 전극가공부(40) 및 방전가공부(60)로 이루어진다.

즉, 받침대(10)의 상부에는 후술하는 가공함(30)에 고정 설치된 가공물(1)을 전후좌우로 이동시키는 X,Y축 스테이지(20)가 구비된다.

이때 상기 X,Y축 스테이지는, 피에조모터(23)가 구비된 X축고정판(21)과 세라믹바(24)가 구비된 X축이동판(22)이 X축으로 구비되고, 상기 X축이동판(22)의 상부에는 피에조모터(27)가 구비된 Y축고정판(25)과 세라믹바(28)가 구비된 Y축이동판(26)이 Y축으로 순차적으로 고정 설치됨을 특징으로 구성되고, 상기 각 피에조모터(23)(27)와 세라믹바(24)(28)는 상호 접지된 상태로 구비되어 있다가 고정된 피에조모터(23)(27)를 중심으로 세라믹바(24)(28)가 구비된 X축이동판(22)과 Y축이동판(26)이 소정 간격으로 이동하게 구성된다.

또한 상기 X축고정판(21)과 Y축고정판(25)의 일측, 즉, 세라믹바(24)(28)가 구비된 반대편에는 위치를 제어하는 X축센서(21a)와 Y축센서(25a)가 더 구비되어 구성된다.

한편 상기 받침대(10)의 하단 4모서리에는 받침대(10)의 수평을 조절하게 각각 높이조절구(11)가 구비됨은 물론 상단 소정위치에는 현미경을 걸어놓을 수 있도로록한 현미경고정대(13)가 돌출 구비된다. 또한 상기 받침대(10)의 상부에는 후술하는 Z축 스테이지(50)가 고정 설치되게 지주대(12)가 돌출 구비됨은 물론이다.

또한 본 발명은 상기 X,Y축 스테이지(20)의 상부에 고정 설치되며, 일정 간격으로 형성된 다수의 지그고정구멍(31)을 이용해 가공물(1)을 고정시키는 가공함(30)이 구비된다. 그리고 이때 상기 가공함(30)의 일측 모서리에는 도면상에는 도시하지 않았으나 방전유를 배출시키는 구멍이 형성된다.

본 발명은 또한 상기 가공함(30)의 일측에 구비되며, 와이어(48)로 전극을 일정한 모양으로 가공시키는 전극가공부(40)가 구비된다.

이를 보다 상세히 설명하면, 상기 전극가공부(40)는, 몸체(41)의 일측 하단에 구비되어 풀림로울러(43)에 귄취된 와이어(48)를 권취로울러(43a)에 권취시키는 웨지모터(42)와, 몸체(41)의 타측 선단에 구비되며 이동되는 와이어(48)를 이용하여 전극봉을 가공하게 일측에 요홈(47a)이 형성된 플랜지(47)와, 상기 몸체(41)의 상부 소정 위치에는 이동되는 와이어(48)를 가이드시키게 보조로울러(46)와 브라켓트(44)에 안내로울러(45)가 각각 구비됨을 특징으로 구성된다.

또한 본 발명은 상기 받침대(10)의 상부에 지주대(12)가 돌출되고, 이 지주대(12)의 전방에 고정 설치되어 방전가공부(60)를 상하로 이동시키는 Z축 스테이지(50)가 구비된다.

즉, 상기 Z축 스테이지(50)는, Z축고정판(51)과 Z축이동판(52)이 구비되되, 상기 Z축고정판(51)에는 Z축이동판(52)을 상하로 작동시키는 지축모터(53)가 구비된다.

또한 본 발명은 상기 Z축 스테이지(50)의 전방에 고정 설치되며, 스핀들(63)의 회전에 의해 가공물(1)에 미세 구멍을 가공하는 방전가공부(60)가 구비됨을 특징으로 구성된다.

이를 보다 상세히 설명하면 상기 방전가공부(60)는, 스핀들(63)이 고정다이(64)에 축설되되, 이 스핀들(63)은 프레임(61)의 상단에 고정 설치된 스핀들모터(62)의 구동에 의해 회전되도록 함을 특징으로 구성된다.

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명은 모션 콘트롤러(Motion Controller)와 이디엠 콘트롤러(EDM Controller)가 컴퓨터(PC)와 컴포트(COM Port)로 접속되는 단계;

상기 모션 콘트롤러가 X,Y,Z축 스테이지의 고정밀, 저속, 고토크의 피에조모터 및 원호간과 축간 동기화를 동시에 제어하는 단계;

상기 이디엠 콘트롤러가 충방전 전원의 온,오프 제어, 충방전 회로에 접속되는 저항과 커페시터의 선택제어, 충방전 가공시 아날로그값의 전류량을 디지털값으로 변환 후 컴퓨터로 전송하여 가공의 이상 유,무를 판단제어, 가공전극이 치부되어 있는 스핀들(Spindle) 구동 드라이브(Driver)와 웨지(WEDG) 구동 드라이브(Driver)의 동작을 담당하는 스텝(STAEP) 모터(Motor)의 방향과 속도제어 및 방전 가공유의 순환을 담당하는 펌프(Pump) 구동회로를 제어하는 단계;

상기 충방전 회로에서 가공의 정밀도를 높이기 위해 여러종류의 저항(R)과 커페시터(C)를 설치하여 사용자가 가공물의 재질과 가공정도에 따라 가공 전압을 조절함은 물론 저항과 커페시터는 UI를 통해 선택이 가능하도록 제어하는 단계;로 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법을 제공하게 된다.

그리고 본 발명에 적용된 상기 X,Y,Z축 스테이지는 위치제어용 엔코더 센서와 연결되고, 이 위치제어용 엔코더 센서는 모션 콘트롤러에 신호를 보내어 제어할 수 있도록 함을 특징으로 하고 또한 상기 충방전 회로에서 각각의 저항과 커페시터를 선택적으로 접속시키기 위해 릴레이를 설치하여 사용자가 원하는 저항과 커페시터를 선택하면 해당하는 릴레이가 동작하여 회로에 접속되고, 선택된 저항과 커페시터의 값에 의해 충방전 가공이 이루어지도록 함을 특징으로 하며 또한 상기 스핀들(Spindle) 구동 드라이브(Driver)는 충방전 가공시 가공의 효과를 극대화 하기 위해 전극의 회전운동을 담당하기도 하지만 웨지(WEDG) 구동 드라이브(Driver)와 함께 동작함으로써 사용자가 원하는 형상의 전극가공이 이루어지도록 함을 특징으로 하고 더 나아가서는 상기 웨지(WEDG) 구동 드라이브(Driver)를 이용한 전극의 형상 가공시엔 일반 방전가공과는 다르게 와이어를 이용하여 방전전원의 극성을 반대로 바꾸어 가공하도록 함을 특징으로 한다.

이를 보다 상세히 설명하면, 본 발명은 전극가공부(40)에 의한 가공과, 방전가공부(60)에 의한 가공부로 나뉘어 지는 것으로, 본 발명은 이때 전극가공이 불필요할 경우에는 전극가공부(40)는 생략하고 방전가공부(60)만 작동시킬 수 있다.

먼저, 상기 전극가공부(40)에 의한 가공방법을 설명하면, 스핀들(63)에 전극봉을 고정 설치하는 것으로, 이때 Z축 스테이지(50)의 작동에 의해 스핀들(63)이 소정 위치에서 작동할 수 있게 고정한다.

이와 같은 상태에서 전극가공부(40)의 구동과 XY축 스테이지(20)의 구동에 의해 전극봉을 일정한 형상으로 가공하게 된다.

즉, 웨지모터(42)의 구동에 의해 풀림로울러(43)에 권취된 와이어(48)가 권취로울러(43a)에 권취되는 것으로, 이때 와이어(48)는 다수의 브라켓트(44)에 설치된 안내로울러(45)와 보조로울러(46)에 의해 일측에서 타측으로 이동하면서 전극봉을 가공하게 된다.

이를 보다 상세히 설명하면, 도 6 에 도시된 바와 같이 와이어(48)가 화살표 방향의 일측으로 이동하는 과정에서 스핀들(63)과 함께 고정된 전극봉도 화살표 방향으로 회전한다. 이와 같이 와이어(48)가 전극봉의 외주면을 마찰시키면서 이동하는 과정에서 충방전 회로의 저항과 커패시터의 선택에 의해 전극봉을 일정한 모양으로 가공하게 된다. 이때 상기 전극봉을 가공하는 과정에서 방전유를 공급하여 가공할 수 있음은 물론이다.

상기와 같이 일정한 모양의 전극봉을 가공한 후에는 방전가공부(60)를 이용하여 가공물(1)에 미세한 구멍을 형성하는 과정을 거치게 된다.

즉, 가공함(30)의 내부에 가공물(1)을 고정하게 되는 것으로, 이때 일정 간격으로 다수개 형성된 지그고정구멍(31)은 가공물의 위치를 어느 위치에서건 원하는 위치에 고정시킬 수 있게 구성된 것이며, 통상 지그(도면상에는 미 도시함)를 이용하여 가공물(1)을 고정시키게 된다.

상기와 같이 가공물(1)을 고정시킨 상태에서 충방전 회로의 저항과 커패시터의 선택, 스핀들 회전용 모터의 방향과 속도의 선택 그리고 프로그램에 의한 가공 물을 가공하게 된다.

본 발명은 XY축 스테이지(20)와 Z축 스테이지(50)가 동시에 작동하여 가공물(1)을 3차원으로 가공할 수 있도록 함에 특징이 있다.

즉, 미리 셋팅된 순서에 의해 XY축 스테이지(20)와 Z축 스테이지(50) 그리고 방전가공부(60)가 작동하여 가공물(1)에 마이크로 미터 크기 이하로 초미세 구멍을 다수개 가공하게 된다.

이를 보다 상세히 설명하면, XY축 스테이지(20)가 작동하게 되면 이와 함께 연결된 가공함(30)도 함께 작동하여 최종 가공물(1)에 미세 구멍을 형성하는 것으로, X축고정판(21)에 구비된 피에조모터(23)가 구동하게 되면 세라믹바(24)에 전원이 인가되어 X축이동판(22)이 X축인 전후로 이동하게 되고, Y축고정판(25)에 구비된 피에조모터(27)가 구동하게 되면 세라믹바(28)에 전원이 인가되어 Y축이동판(26)이 Y축인 좌우로 이동하게 되어 결과적으로 XY축 스테이지(20)가 전후 좌우로 이동하면서 가공물(1)이 가동될 수 있게 한다.

상기와 같이 XY축 스테이지(20)가 전후좌우로 이동하는 과정에서 Z축 스테이지(50)도 상하로 작동하게 된다.

즉, 지축모터(53)의 Z축이동판(52)에도 도면상에는 도시하지 않았으나 상기 전술한 바와 동일한 세라믹바가 구비되어 지축모터(53)의 구동에 의해 전원이 세라믹바에 인가되어 Z축고정판(51)을 중심으로 Z축이동판(52)이 상하로 작동하게 된다.

그리고 상기와 같이 XY축 스테이지(20)와 Z축 스테이지(50)가 X,Y,Z축으로 상호 작동하는 과정에서 스핀들(63)과 이의 하단에 구비된 전극봉이 도 7 의 (a)(b)에 도시된 바와 같이 스핀들모터(62)의 구동에 의해 회전하면서 가공물(1)에 미세한 구멍을 가공하게 된다.

한편 본 발명은 상기 가공물(1)을 가공하는 과정에서도 펌프의 구동회로에 의해 방전유를 공급할 수 있도록 함은 물론이다.

본 발명에 적용된 상기 전극가공부(40)와 방전가공부(60)는 작동 후에 방전유 공급 중단과 전기 차단 후에 원점으로 복귀한 후 다음 공정에 대비하게 된다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 미세 부품 사출 성형에 필요한 전용 3차원 마이크로 방전 가공 장치로, 사출성형용 금형 3차원 마이크로 방전 가공 장치는 현재 전 세계적으로 전무한 상태이어서 선진 가공 기술을 미연에 확보할 수 있도록 한 것이고, RC 회로의 장점을 가지면서도 펄스를 인위적으로 조절하여 방전 효율을 증대할 수 있도록 한 것이다. 또한 현재까지 마이크로 금형 폴리싱에 대한 기술이 거의 없는 상태인데 ER 폴리싱 기술을 확보하여 사출성형용 마이크로 금형에 이를 적용하여 사출품의 정밀도와 생산 품질을 향상시킬 수 있도록 한 것이고 더 나아가서는 현재 반도체 산업과 의료산업에서 요구되고 있는 미세 가공 기술을 확보하게 되면 이를 통해 의료 산업이나 미세 금형 산업 그리고 정보 저장기기 등의 분야에서 많은 부가가치를 창출할 수 있고, 특히 마이크로 노즐 가공이나 프린터 노즐 가공, 전자총의 미세한 구멍 가공, 광케이블의 미세 구멍 가공 등 뿐 아니라 마이크로 기어나 렌즈 금형, 다양한 형상의 캐버티(cavity) 금형 등 다양한 산업분야에서 가공 기술을 적용할 수 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 미세 구멍을 가공하는 마이크로 방전 가공 장치의 가공 방법에 있어서,

   모션 콘트롤러(Motion Controller)와 이디엠 콘트롤러(EDM Controller)가 컴퓨터(PC)와 컴포트(COM Port)로 접속되는 단계;

   상기 모션 콘트롤러가 X,Y,Z축 스테이지의 고정밀, 저속, 고토크의 피에조모터 및 원호간과 축간 동기화를 동시에 제어하는 단계;

   상기 이디엠 콘트롤러가 충방전 전원의 온,오프 제어, 충방전 회로에 접속되는 저항과 커페시터의 선택제어, 충방전 가공시 아날로그값의 전류량을 디지털값으로 변환 후 컴퓨터로 전송하여 가공의 이상 유,무를 판단제어, 가공전극이 치부되어 있는 스핀들(Spindle) 구동 드라이브(Driver)와 웨지(WEDG) 구동 드라이브(Driver)의 동작을 담당하는 스텝(STAEP) 모터(Motor)의 방향과 속도제어 및 방전 가공유의 순환을 담당하는 펌프(Pump) 구동회로를 제어하는 단계;

   상기 충방전 회로에서 가공의 정밀도를 높이기 위해 여러종류의 저항(R)과 커페시터(C)를 설치하여 사용자가 가공물의 재질과 가공정도에 따라 가공 전압을 조절함은 물론 저항과 커페시터는 UI를 통해 선택이 가능하도록 제어하는 단계;가 포함됨을 특징으로 하는 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법.
2. 제 1 청구항에 있어서,

   상기 X,Y,Z축 스테이지는 위치제어용 엔코더 센서와 연결되고, 이 위치제어용 엔코더 센서는 모션 콘트롤러에 신호를 보내어 제어할 수 있도록 함을 특징으로 하는 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법.
3. 제 1 청구항에 있어서,

   상기 충방전 회로에서 각각의 저항과 커페시터를 선택적으로 접속시키기 위해 릴레이를 설치하여 사용자가 원하는 저항과 커페시터를 선택하면 해당하는 릴레이가 동작하여 회로에 접속되고, 선택된 저항과 커페시터의 값에 의해 충방전 가공이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법.
4. 제 1 청구항에 있어서,

   상기 스핀들(Spindle) 구동 드라이브(Driver)는 충방전 가공시 가공의 효과를 극대화 하기 위해 전극의 회전운동을 담당하기도 하지만 웨지(WEDG) 구동 드라이브(Driver)와 함께 동작함으로써 사용자가 원하는 형상의 전극가공이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법.
5. 제 1 청구항에 있어서,

   상기 웨지(WEDG) 구동 드라이브(Driver)를 이용한 전극의 형상 가공시엔 일 반 방전가공과는 다르게 와이어를 이용하여 방전전원의 극성을 반대로 바꾸어 가공하도록 함을 특징으로 하는 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제어하여 가공물을 생산하는 방법.

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