KR101387043B1 - 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수위를 제어하는 수위감지기구가 가공물로부터 발생하는 금속분의 영향을 받지 않아 작동의 안정성이 확보되고 청소작업의 실시가 필요 없어 기계의 가동을 중단하지 않아도 되므로 생산성이 향상되며, 또한 수위의 검출 및 제어가 매우 단순하고 자동화된 구조의 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치를 제공하는 것이다. 이를 위해 본 발명은 가공물을 방전 가공하기 위한 와이어가 이송되도록 가이드하는 와이어 가이드와; 상기한 가공물을 장착하여 X-Y 축 방향으로 수평면 상에서 이송시키면서 상기 와이어가 가공을 하도록 하는 X-Y 작업대와; 상기한 X-Y 작업대가 내장되도록 형성되고 물이 충진되도록 설치된 가공수조와; 상기 가공수조 내에 물을 공급하는 급수수단과; 상기 가공수조 내의 물을 외부로 배출하는 드레인관로와; 상기 드레인관로를 개폐하는 솔레노이드 밸브;를 포함하는 침적식 와이어 커트 방전 가공기를 위한 가공수조의 수위 조절장치에 있어서, 일단의 개방부가 상기 가공수조 내의 바닥면 가까이에 위치하고, 타단은 외부로 연장되어지되 상기 가공수조 내의 구간은 수직을 이루도록 가공수조의 일측 벽면에 고정 설치되는 제1에어호스와; 상기 제1에어호스의 외부로 연장된 타단에 마련되어 상기 개방부로 유입되는 물의 높이에 따라 가해지는 호스 내부의 공기압을 전압값으로 변환하여 출력하는 수위감지용 차압센서와; 상기 수위감지용 차압센서에 의해 감지된 수위 정보에 따라 상기 급수수단의 작동과 솔레노이드 밸브의 개폐 작동을 제어하는 컴퓨터 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치{Auto water level measuring of water tank and control device for submersion type wirecut electric discharge machine}

본 발명은 물을 채운 가공 수조 내에서 공작물의 방전 가공 작업이 행하여지는 침적식 와이어 방전 가공기의 가공 수조의 자동 수위 측정 및 조절장치에 관한 것이다.

일반적으로 방전가공(放電加工, electric discharge machining)이란 두 전극 사이에 방전을 일으킬 때 생기는 물리적, 기계적, 전기적 작용을 이용해서 가공하는 것을 말한다. 가공방전은 방전의 종류에 따라 스파크가공, 아크가공, 코로나가공으로 분류될 수 있고, 피가공물의 재질에 따라 금속가공, 비금속가공으로 분류될 수 있으며, 작업의 종류에 따라 구멍파기, 절단 및 연삭(硏削) 등으로 분류될 수 있다. 통상 금속재질에 대한 구멍파기, 특수모양의 가공에는 스파크가공이 활용되고, 금속절단에는 아크가공이 활용되며, 비금속재의 천공 등에는 코로나가공이 이용된다. 방전가공은 첫째, 재료의 강도에 무관하게 가공할 수 있고, 둘째, 평면뿐만 아니라 입체 형상에서도 복잡한 형상의 가공이 용이하며, 셋째, 표면가공일 경우 미세한 길이까지 정밀하게 가공할 수 있고, 넷째, 열에 의한 표면 변질이 적다는 장점이 있다. 이러한 장점에 의해 특수한 가공에 널리 활용되고 있다.

이 같은 방전가공의 대표적 방식으로는 와이어 커트 방전가공(wire cut electric discharge machining)을 들 수 있는 데, 와이어 커트 방전가공은 와이어와 가공물 사이에 방전(放電)을 일으켜 방전스파크를 톱날처럼 사용하여 공작물을 가공하는 가공 방법을 말한다. 이는 공작물을 관통하여 주행하는 와이어 전극과 가공물 사이에서 방전을 일으켜 발생하는 스파크를 이용하여 가공물을 가공하는 것으로, 통상 가공물을 테이블 위에서 이동시키면서 가공하며, 방전가공에 사용하는 와이어는 황동, 동, 텅스텐 등의 도선이 활용되는 것이 일반적이며, 수치 제어(NC)에 의하여 복잡한 형상을 자동으로 가공할 수 있으므로 프레스 기계 등의 금형, 방열기의 미세 틈새 핀 가공 등에 활용될 수 있고, 특히 초경합금 등과 같이 비교적 단단한 소재를 정밀 가공함과 아울러 금형 등과 같이 복잡하고 정밀한 가공을 요하는 분야에서는 와이어 커트 방전 가공을 많이 사용하게 된다.

상기한 와이어 커트 방전가공은 분사식과 침적식이 있는데, 분사식은 방전 가공 시 발생하는 고온의 코로나에 의한 발생 열을 냉각시켜주기 위해 냉각수를 가공 부위에 노즐을 통해 분사하여 냉각시킴으로써 이송 공급하는 와이어의 절단과 공작물의 열변형을 방지하는 방식이며, 침적식은 가공액에 가공물을 침수시킨 상태에서 가공을 하는 것으로 분사식에 비해 상대적으로 냉각 효율이 좋고 가공의 정밀도가 높은 장점이 있다.

이 같이 상기한 와이어 컷 방전 가공은 0.05∼0.3mm의 와이어에 마이너스 전류를 가하고 가공물에 플러스 전류를 가하면서 상기한 와이어와 가공물의 사이에서 발생되는 펄스 방전에 의해 소정 형상으로 가공을 하게 되는 것으로, 본 발명이 대상으로 하는 침적식의 종래 일반적 기술의 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 마이너스 전류가 인가되는 와이어(50)가 수직선상으로 배치되도록 가공물(A)의 상하부에 설치된 와이어 가이드(51)와, 상기한 와이어 가이드(51)를 통해 인출되는 와이어(50)를 소정 속도로 당기도록 설치된 와이어 회수 장치(미 도시)와, 상기한 플러스 전류가 인가되는 가공물(A)을 안착대(52)에 안착시켜 X-Y 축 방향으로 이송시키면서 가공을 하는 X-Y 가공물 지지 테이블(53)과, 상기한 X-Y 가공물 지지 테이블(53)이 내장되도록 형성되고 또 물이 충진되도록 설치된 가공 수조(54)로 이루어져 있다.

또한, 상기한 가공수조(54)에 물을 충진하도록 펌프(55)가 배관(56)으로 연결되어 있고, 가공수조(54)로부터 배출된 물을 회수 저장하고 필터링한 후 다시 가공 수조(54)로 공급하여 재사용할 수 있도록 저장 탱크(57)가 설치되어 있다.

상기한 바와 같은 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 작동을 설명하면 X-Y 가공물 지지 테이블(52)에 가공물(A)을 고정 설치하고, 상측에서 인출 공급되는 와이어(50)를 상하 와이어 가이드(51)에 삽입시켜 와이어 회수 장치까지 인입시키되, 도중에 가공물(A)을 관통하여 지나도록 하여 와이어의 결선 작업을 마친 후, 상기한 펌프(55)를 동작시켜 가공 수조(54) 내부에 물이 충진되도록 한다.

수조(54) 내부에 물이 충분하게 충전되면, 와이어 커트 방전 가공을 시작하게 되는바, 이로써 상기한 방전 가공 시 가공물(A)이 물에 잠겨 있는 상태(실제로는 통상 가공물 표면에서 상부로 35mm 정도까지의 높이로 잠기며, 이 높이에서는 와이어 가이드가 1/3 정도 잠기는 위치가 된다)에서 가공을 진행하게 되고, 이로 인해 가공물(A)과 와이어(50) 사이의 방전 조건이 안정하게 유지됨으로써 가공 정밀도가 보다 향상된다.

또한 상기한 와이어 커트 방전 가공이 완료되면 상기한 가공물(A)을 인출해야 하는바, 이때에는 상기한 펌프(55)를 동작시켜 가공 수조(54) 내부의 물을 저장 탱크(57)로 배출하도록 하고 있다.

그런데, 상기 상하부 와이어 가이드(51) 중 상부 와이어 가이드는 가공물(A)의 크기에 따라 높이가 조절되는, 즉 상하 방향(Z축 방향)으로 이동이 허용되는 Z축 헤드로 형성되며, 침적식에서의 가공물(A)은 반드시 물속에 잠긴 상태로 가공이 이루어져야 하므로 가공수조(54)에 공급되는 물은 최소한 가공물(A)이 완전히 잠길 정도로 충분히 공급해 주어야 하나, Z축 헤드(상부 와이어 가이드)는 와이어(50)에 방전 전류를 공급해 주기 위한 전원 공급 설비를 내장하고 있고, 와이어(50)의 단선 시 분해할 수 있는 구조를 취하고 있어, 가급적 전원 공급과 관련이 있는 Z축 헤드의 상부 구조물 자체는 물에 잠기지 않도록 수위를 제한하는 것이 바람직하며, 이 때문에 가공물(A)은 충분히 잠기면서도 전기 공급설비에는 문제가 없는 범위 내에서 Z축 헤드가 물속에 침적되도록 물의 수위를 제한하는 것이 좋으며, 통상은 가공물(A) 표면 위 35mm 지점까지 물을 공급하게 되며, 이 상태에서는 대략 와이어 가이드(50)의 1/3 정도가 물에 잠긴 상태에서 작업하게 되는바, 이 상태의 것이 최적 조건으로 알려져 있으나, 가공 작업 중에 가공액의 분사 등으로 수위가 계속 상승하게 되어 있어, 목표 수위를 유지하기 위해서는 잉여되는 물을 외부로 배출시켜 주는 일이 필요하고, 또 가공 도중 작업자가 공작물의 가공 상태를 확인하거나 또는 작업이 완료되어 가공물을 꺼낼 때를 위해 물의 배수와 충전 등의 수위 제어가 필요하다.

이를 위해 도 2에 도시하는 것과 같이 종래 가공 수조의 수위를 조절하는 방안으로, Z축 헤드(51, 상부 와이어 가이드)에 제1 및 제2 플로팅 스위치(60)(61)(플로팅 스위치는 수직으로 설치한 바에 일정 제한 거리만큼 상하로 슬라이딩 이동 가능하게 플로트 센서를 설치하여, 수위가 플로트 센서를 밀어 올려 상한에 도달하면 온 신호(또는 오프 신호)를 출력하고, 수위가 내려가 플로트 센서가 하강하여 하한에 도달하면 오프 신호(또는 온 신호)를 발신하는 센서이다)를 설치하고, 가공 수조(54)의 일측 내벽(62)에는 제3 및 제4 플로팅 스위치(63)(64)를 설치하며, 또 가공 수조(54)의 일측 공간을 활용하여 수문벽(65)에 의해 배수 높이가 조절되는 배수실(66)을 설치하고, 그 수문벽(65)에 제5 및 제6 플로팅 스위치(67)(68)를 설치하고 있다.

상기한 제1 플로팅 스위치(60)는 가공 수조(54) 내에 공급되는 물의 수위를 제한하기 위한 것으로서, 펌프(69)를 가동하여 급수탱크(70) 내에 저장된 물을 퍼 올려 급수관로(71)를 통해 가공 수조(54) 내에 공급하면 수위가 점차 상승하게 되며, 수위 상승에 따라 차오른 물이 제1 플로팅 스위치(60)를 밀어 올려 상부를 치게 되면, 그 감지 신호가 제어부(72)에 전달되어 펌프(69)의 구동을 중지토록 제어하게 되며, 가공 작업 중 수위가 저하되면 제1플로팅 스위치(60)가 하강하여 하한을 터치하여 오프되므로, 이때에는 제어부(72)가 다시 펌프(69)를 가동토록 제어하여 물을 보충하며, 상승된 수위가 다시 제1플로팅 스위치(60)를 밀어 올려 상한에 도달하면 펌프(69) 가동을 중단토록 제어한다.

그런데, 방전 가공 중에 가공물에 공급되는 가공액 등으로 인해 가공 수조(54) 내의 수위가 계속하여 상승할 수밖에 없고, 이에 의해 제2 플로팅 스위치(61)가 상한에 밀어 올려져 스위치 온되면, 이 정보가 제어부(72)에 전달되어 제어부(72)가 솔레노이드 작동식 배수밸브(73)를 개방하여 가공수조(54) 내의 물을 드레인관로(74)를 통해 배출하여 수위를 낮추게 되며, 물의 배수로 낮아지는 수위에 의해 제2플로팅 스위치(60)가 하강하여 하한을 치게 되어 오프되면, 제어부(72)는 배수밸브(73)를 닫아 물의 배출을 차단하여 목표 수위를 유지토록 한다.

가공 작업이 진행되는 중에 작업자가 가공물(A)이 정확히 가공되고 있는지 가공 상태를 확인하고자 하는 경우가 생기게 되는 데, 이때에는 작동버튼스위치부(75)의 해당 버튼을 작업자가 누르면, 제어부(72)가 배수밸브(73)를 열어 가공수조(54) 내의 물을 배수하게 되며, 수위가 낮아져 제4플로팅 스위치(64)가 검출되면 제어부(72)가 배수밸브(73)를 차단하게 되며, 이로써 수면 위로 노출된 가공물을 작업자가 육안으로 확인한 후 다시 시작 버튼을 누르면 펌프(69)가 가동되어 수위가 제1플로팅 스위치(60)에 의해 검출되는 순간 펌프(69) 가동을 중단시키게 되며(이로써 목표 수위에 도달한다), 만일 작업이 다 끝났다면 가공물(A)을 꺼내고 가공수조(54) 내를 청소(수조 내에는 금속가공분이 다량 포함되어 있어 물을 빼고 청소 작업을 실시하게 됨)하기 위해 수위가 제3플로팅 스위치(63)에 검출될 때까지 배수밸브(73)의 개방을 제어하게 된다.

그런데 상기한 제2플로팅 스위치(61)와 제4플로팅 스위치(64) 및 배수밸브(73)에 의하면, 가공 작업이 진행 중의 수위의 변동 허용 폭이 대략 H1-10mm(수위 하한치)에서 H2(H2=H1+10mm, 수위 상한치)인 데(허용 폭은 약 20~30mm 범위가 호적하다), 드레인관로(74)가 신속히 물을 배수시킬 수 있도록 대구경으로 형성되는 관계로 상하한 수위 사이를 오르내리는 수위를 최적치(목표 수위 H1)로 유지하도록 하는 경우 배수밸브(73)의 작동 주기가 잦고, 또 솔레노이드 방식의 배수밸브(73) 역시 크기가 크고 온 오프 작동 주기가 짧아 소음이 심하고 작동 충격에 의해 가공수조(54)에 진동을 가하여 정밀도에 나쁜 영향을 주는 문제가 있었다.

이 때문에 계속되는 가공액의 유입으로 최적 목표 수위(H1, 도 2에 있어서 H1은 가공물 상면보다 대략 30~40mm, 바람직하기는 35mm 정도 상부 위치이다)를 넘어서는 수위의 상승 시에는 솔레노이드 밸브의 개폐에 따른 충격 없이 자동으로 드레인할 수 있도록 하는 방안으로 가공수조(54) 내에 배수실(66)을 마련하고 높이가 조절되는 수문(65)을 설치하여, 2개의 플로팅 스위치(67)(68)을 설치하고 있다.

상기 수문(65)은 처음에는 하강하여 있는 상태에서 가공작업의 실시를 위해 가공수조(54) 내에 물을 공급하게 되면, 수위가 점차 상승하여 제5플로팅 스위치(67)에 감지되면, 제어부(72)가 수문 구동수단(76)인 모터(도1에는 도시 생략)를 구동하여 래크와 피니언의 구동 장치를 통해 수문(65)을 상승시키게 된다.

수위가 그 이상 상승하여 제1플로팅 스위치(60)가 이를 감지하면, 제어부(72)는 펌프(69)와 수문 구동모터(76)를 정지토록 제어한다.

그런데, 작업 중 가공액의 외부 도입으로 수위가 상승하여 제6플로팅 스위치(68)가 상승하여 상한을 터치하였음이 감지되면, 그 신호를 인가받은 제어부(75)가 수문 구동수단(76)인 모터를 작동시켜 수문을 서서히 하강시키게 되며(수문(65)의 상단이 목표 수위 H1에 일치할 때까지 하강), 이에 따라 가공수조(54) 내의 물은 수문을 타고 넘어 배수실(66)의 공간으로 흘러 넘치게 되며, 이때 배수실(66)에는 항시 외부로 개방된 배수공(77)이 있어 유입된 물을 외부(탱크)로 배수하게 되며, 이로써 수위가 하강하여 제6플로팅 스위치(60)가 하강하여 하한에 도달하였음이 검출되면, 제어부(72)는 수문 구동모터(76)의 구동을 중지시키며, 이 상태에서 수문(65)의 상단면이 목표 수위 H1 높이에 일치하므로, 이후 목표 수위 높이 이상으로 수위가 높아지도록 가공액이 유입되면, 그 여분의 가공액은 즉시 수문(65)을 타고 넘어 흘러 넘쳐 자동 배수되게 되어 있으며, 이후 정상 상태에서는 항시 수문 상면이 목표 수위에 일치하고 있어 여분의 물은 발생 즉시 흘러 넘치게 되어 있다.

그러나 상기한 방식의 수위 조절장치에 의하면 설치되는 플로팅 스위치의 설치 구조도 복잡할 뿐 아니라, 설치 갯수가 너무 많은 문제가 있고, 특히 가공물(A)의 크기에 따라 Z축(수직축) 방향으로 높이가 조절되는 Z축 헤드(51)에 제1 및 제2 플로팅 스위치(60)(61)가 설치됨으로써, z축 헤드(51)에서 발생하는 금속분말이 플로팅 스위치(60)(61)의 가이드봉에 달라붙어 플로트 센서의 승하강 슬라이드 이동을 방해하므로 센서로서의 기능저하 및 오작동을 유발하고, 자주 청소 작업을 실시해야 하는 문제를 유발하고 있으며, 또 Z축 헤드(51) 내에 내장되는 전원 공급기구들의 수리와 교체 및 와이어와의 접촉으로 인한 마모 시 급전다이의 위치 조정 등 다양한 이유로 Z축 헤드(51)를 분해해야 하는 일이 많은 데, 이때 플로팅 스위치(60)(61)가 분해 조립 작업에 불편함을 초래하는 문제가 있었다.

또 다른 문제로는 터치 식의 플로팅 스위치의 특성상 스위치들 사이의 구간에서는 검출 신호를 발생할 수 없어 수문의 미세 높이 조정이 자유롭지 못하다는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점들을 감안하여 제안한 것으로, 수위를 제어하는 수위감지기구가 가공물로부터 발생하는 금속분의 영향을 받지 않아 작동의 안정성이 확보되고 청소작업의 실시가 필요 없어 기계의 가동을 중단하지 않아도 되므로 생산성이 향상되는 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 수위의 검출 및 제어가 매우 단순하고 자동화된 구조의 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가공물을 방전 가공하기 위한 와이어가 이송되도록 가이드하는 와이어 가이드와; 상기한 가공물을 장착하여 X-Y 축 방향으로 수평면 상에서 이송시키면서 상기 와이어가 가공을 하도록 하는 X-Y 작업대와; 상기한 X-Y 작업대가 내장되도록 형성되고 물을 목표 수위까지 충진하도록 설치된 가공수조와; 상기 가공수조 내에 물을 공급하는 급수수단과; 상기 가공수조 내의 물을 외부로 배출하는 드레인관로와; 상기 드레인관로를 개폐하는 솔레노이드 밸브;를 포함하는 침적식 와이어 커트 방전 가공기를 위한 가공수조의 수위 조절장치에 있어서,

일단의 개방부가 상기 가공수조 내의 바닥면 가까이에 위치하고, 타단은 외부로 연장되어지되 상기 가공수조 내의 구간은 수직을 이루도록 가공수조의 일측 벽면에 고정 설치되는 제1에어호스와; 상기 제1에어호스의 외부로 연장된 타단에 마련되어 상기 개방부로 유입되는 물의 높이에 따라 가해지는 호스 내부의 공기압을 전압값으로 변환하여 출력하는 수위감지용 차압센서와; 상기 수위감지용 차압센서에 의해 감지된 수위 정보에 따라 상기 급수수단의 작동과 솔레노이드 밸브의 개폐 작동을 제어하는 컴퓨터 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면 상기 가공수조 내부에는 별도로 구획되는 공간으로, 항시 외부에 대해 개방된 배수공을 구비한 배수실이 마련되며; 상기 배수실에는 상기 가공수조 내의 물을 흘러 넘치게 하는 수문이 수문구동수단에 의해 승하강 가능하게 설치되며, 상기 배수실 측에 접한 수문 벽면으로 일단에 형성된 개방부가 가공수조 하부 측을 향하여 개구되고, 그의 타단은 가공수조 외부로 연장하되, 상기 수문 벽면에 접하는 구간이 수직으로 수문 벽면에 고정 설치되는 제2에어호스와; 상기 제2에어호스의 외부로 연장된 타단에 마련되어 상기 개방부로 유입되는 물의 높이에 따라 가해지는 호스 내부의 공기압을 전압 값으로 변환하여 출력하는 수문제어용 차압센서;를 포함하고 있으며, 상기 수문제어용 차압센서로부터 출력되는 신호는 상기 컴퓨터 제어부에 인가되어 상기 컴퓨터 제어부가 상기 수문구동수단을 구동 제어하여 수문의 높이를 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 감지용 차압센서와 수문제어용 차압센서는 압력에 비례하여 출력되는 아날로그 전압 값을 디지털 신호로 변환하여 상기 컴퓨터 제어부에 출력하는 것을 특징으로 한다.

또 상기 컴퓨터 제어부는 상기 와이어 가이드의 Z축 방향의 위치에 맞추어 상기 목표 수위와 수문의 상승 위치를 결정한 후 그 결정된 목표 수위에 연동하여 물을 공급과 수문의 높이를 제어하게 되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 가공수조 내에 수직으로 설치된 호스 내에 물이 차면 호스 내의 공기가 압축되어 공기압이 상승하는 것을 센서가 감지하여 전기 신호로 변화하여 출력하여 컴퓨터 제어부에 인가토록 함으로써, 이 신호에 의해 펌프의 구동 및 솔레노이드 밸브 및 수문의 승하강을 제어할 수 있어, 수위를 자동으로 조절할 수 있고, 그 수위의 검출 및 제어 구조가 매우 단순하여 종래의 와이어 컷트 방전 가공기의 수위 제어를 위한 플로팅 스위치 방식과 달리 오작동의 우려가 없고, 센서의 청소 작업이 사라지므로 매우 생산성이 높고 장치의 작동의 안정성이 확보되며, 와이어 가이드(Z축 헤드)와 센서가 간섭하지 아니하므로 와이어 가이드의 분해 조립에 방해되는 일이 없고, 수문의 미세 높이 조정이 자유로운 장점이 있다.

도 1은 일반적 구조의 침적식 와이어 커트 방전 가공기를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 수위 조절장치이다.
도 3은 종래 침적식 와이어 커트 방전 가공기 수위 조절장치의 제어블록도이다.
도 4는 본 발명에 의한 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공수조 자동 수위 측정 및 조절장치를 개략적으로 나타낸 도면이며,
도 5는 본 발명에 의한 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공수조 자동 수위 측정 및 조절장치를 평면에서 보아 나타낸 개략도이고,
도 6은 본 발명에 의한 자동 수위 측정 및 조절장치의 제어 블록도이다.

이하에 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있으며, 또한 종래 기술과 동일한 부분은 종래 기술의 부호를 그대로 인용한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 의한 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치를 평면에서 보아 나타낸 개략도이고, 도 6은 본 발명의 제어 블록도이다.

본 발명에 의한 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치는 물이 채워지는 가공수조(54)를 구비하고 있고, 그 가공수조(54) 내에는 가공물(A)을 방전 가공하기 위한 와이어(50)가 이송되도록 가이드하는 와이어 가이드(51, Z축 헤드)가 상하 방향으로 이동 가능하게 위치하도록 설치되어 있으며, 상기한 가공물(A)을 장착하여 X-Y 축 방향으로 수평면 상에서 이송시키면서 상기 와이어(50)가 가공을 하도록 하는 X-Y 작업대(52) 역시 상기 가공수조(54) 내의 하부 바닥에 설치되고 있으며, 상기 가공수조(54) 내에 물을 공급하는 급수수단으로서 펌프(69)와 급수탱크(70) 및 급수관(71)이 마련된다.

그리고 상기 가공수조(54) 내의 물을 외부로 배출하도록 배수수단이 마련되어 있는바, 이를 위해 드레인관로(74)가 가공수조(54) 하단에 형성되어 있으며, 상기 드레인관로(74)에는 온 오프 방식에 의해 이를 개폐하는 솔레노이드 밸브(73)가 설치되어 있다.

한편, 일단의 개방부(80)가 상기 가공수조(54) 내의 바닥면 가까이, 예를 들면 개방부(80)가 수조 바닥에서 약 10mm 위에 위치하고, 그의 타단은 외부로 연장되어지되 상기 가공수조(54) 내의 구간은 수직을 이루도록 가공수조(54)의 일측 벽면(81)에 제1에어호스(82)가 상하 고정구(83)에 의해 고정 설치되어 있으며, 상기 제1에어호스(82)의 외부로 연장된 타단에 마련되어 상기 개방부(80)로 유입되는 물의 높이에 따라 가해지는 호스 내부의 공기압을 전압값으로 변환하여 출력하는 수위감지용 차압센서(84)가 구비되며, 상기 수위감지용 차압센서(84)에 의해 감지된 수위 측정 정보는 컴퓨터 제어부(85)에 인가되어 그 컴퓨터 제어부(85)가 감지된 수위 정보에 기초하여 상기 급수수단(69,70,71)의 작동과 솔레노이드 밸브(74)의 개폐 작동을 제어하게 된다.

그리고 상기 가공수조(54) 내부에는 별도로 구획되는 공간으로(또는 가공수조 외부에 별도로 달아 붙인 공간이어도 무방하다), 항시 외부에 대해 개방된 배수공(77)을 구비한 배수실(66)이 마련되어 있으며, 상기 배수실(66)에는 상기 가공수조(54) 내의 물을 흘러 넘치게 하는 수문(65)이 수문구동수단(76)에 의해 승하강 가능하게 설치되며, 상기 배수실(66) 측에 접한 수문(65) 벽면(65A)으로 일단에 형성된 개방부(85)가 가공수조(54) 하부 측을 향하여 개구되고, 그의 타단은 가공수조(54) 외부로 연장하되, 상기 수문 벽면(65A)에 접하는 구간이 수직을 이루도록 수문 벽면(65A)에 제2에어호스(86)가 상하 고정구(87)에 의해 고정되게 설치되며, 상기 제2에어호스(86)의 외부로 연장된 타단에 마련되어 상기 개방부(89)로 유입되는 물의 높이에 따라 가해지는 호스 내부의 공기압 측정 값을 전압 값으로 변환하여 출력하는 수문제어용 차압센서(88)가 설치되고 있으며, 상기 수문제어용 차압센서(88)로부터 출력되는 신호는 상기 컴퓨터 제어부(85)에 인가되어 상기 컴퓨터 제어부(85)가 상기 수문구동수단(76)을 구동 제어하여 수문의 높이를 제어하게 된다.

그리고 상기 수위감지용 차압센서(84)와 수문제어용 차압센서(88)는 제어의 편의성을 위해 바람직하기는 압력에 비례하여 출력되는 아날로그 전압 값을 디지털 신호로 변환하여 상기 컴퓨터 제어부(85)에 출력하도록 구성되어 있으며, 신호의 변환을 위한 구성은 센서 내부에 내장시키거나 별도 변환기를 구비할 수 있다.

이하에 본 발명에 의한 가공수조의 자동 수위 측정 및 조절 방법에 대하여 상세히 설명키로 한다.

처음에는 가공수조(54)가 비어 있는 상태(또는 최저 수위 상태)로서, 방전 가공 작업을 시작하기 위해서는 가공물(A)을 작업대(52)에 고정 설치하게 되며, 이때 와이어 가이드(51)는 가공물(A)의 높이를 감안하여 그의 직 상부에 위치토록 Z축 방향의 위치가 조정되며, 이 같은 세팅 정보는 컴퓨터 제어부(85)에 전달되어 기억된다.

다음에 급수버튼을 누르면, 펌프(69)가 작동을 시작하여 급수탱크(70) 내의 물을 퍼올려 가공수조(54) 내에 공급하게 되며, 이에 따라 물이 유입되면서 수위가 상승하게 된다.

수위가 제1에어호스(82)의 개방부(80) 이상으로 차오르게 되면 물이 호스(82) 내로 유입되어 동일 수위 상태가 되는 데, 이 호스(82) 내부에는 공기가 들어 있어, 물이 유입됨에 따라 내부 공기의 압축 현상이 일어나며, 이는 수위의 상승에 비례하여 공기 압력도 커지게 만들며, 이러한 수위와 호스 내부의 공기압의 비례 관계를 이용하여 현재의 수위를 검출하게 된다.

이 압력 변화 값은 호스(82) 끝단의 수위감지용 차압센서(84)에서 검출되어 전압 값으로 나타나며, 아날로그 수치인 전압 값은 다시 디지털 신호로 변환되어 출력됨으로써, 그 디지털 신호 변환 값이 컴퓨터 제어부(85)에 실시간으로 인가되는 것이다.

이 같이 하여 컴퓨터 제어부(85)는 그 디지털 신호를 다시 수위 정보로 전환하여 현재의 수위를 판단하게 되며, 수위에 따른 A/D(아날로그 수치/디지털 수치) 변환 수치는 다음과 같이 정의된다.

He : 가공수조 내의 물이 완전히 빈(또는 설정된 최저 수위) 상태일 때의 A/D 변환 수치

Ht : 작업대 높이의 물 위치에 따른 A/D 변환 수치

Rate : 수위에 따른 A/D 변환 비율(Rate/mm)

Z : Z 축 헤드(와이어 가이드)의 현재 높이

Dl : 수문의 수위 저하시의 A/D 변환 수치

Dh : 수문의 수위 넘침 시의 A/D 변환 수치

Hz : 목표 수위

Hzl: 목표 수위의 하한치

Hzv: 목표 수위의 상한치

컴퓨터 제어부(85)는 상기 수위 정보에 기초하여 현재 수위를 판단하고, 펌프 및 수문 제어를 실행하게 된다.

상기 가공수조(54)에 물이 차기 시작하여 물이 제2에어호스(86)의 개방부(89)를 통해 호스 내로 유입되어 수문제어용 차압센서(88)의 변환 값이 상기 Dh 보다 클 경우 컴퓨터 제어부(85)는 수문구동장치(76)의 모터를 작동시켜 수문(85)을 상승시키게 되며, 수문(85)의 상승은 수문제어용 차압센서(88)의 변환 값이 Dl 보다 작을 경우 정지하도록 제어된다.

물의 설정 높이, 즉 최적 수위(목표 수위)는 Hz = Ht + Z*Rate 로 설정되는 데, 목표 수위 Hz는 통상 가공물(A)의 상부면인 Z보다 35mm 정도 높은 정도에서 설정되며, 이에 따라 수위가 상승하여 수위감지용 차압센서(84)의 변환 값이 Hz 에 도달하거나 큰 것으로 측정된 경우 수위가 목표치에 도달한 것으로 판정하여 펌프(69) 작동을 중지토록 제어하며, 이 목표 수위는 와이어 가이드(51, Z축 헤드)의 높이가 가공물(A)의 크기에 따라 Z축 방향 위치가 가변적이어서, 와이어 가이드(51)의 높이가 결정 또는 변화되면 그 높이에 맞추어 컴퓨터 제어부(85)가 목표 수위를 자동으로 재결정하며, 그 결정된 목표 수위에 맞게 펌프를 가동하여 물의 공급량을 제어한다.

그러나 만일 목표 수위에 도달하여(펌프 가동 중단) 가공 작업이 진행하던 도중에 수위가 저하되어 호스(82) 내의 물이 그만큼 빠지면서 수위감지용 차압센서(84)의 변환 값이 Hzl 보다 작게 검출되게 되면, 컴퓨터 제어부(85)는 다시 펌프(69)를 작동시켜 물을 보충하여 목표 수위까지 채우게 된다.

그런데, 평시 수위가 목표 수위인 Hz를 유지한 상태에서, 수문(65)의 상단이 Hz에 맞추어져 있어, 가공액의 유입 등에 의해 수위가 Hz 보다 상승하게 되면( 방전 가공 시 가공 부위에 가공액이 분사 공급되고, 또 오염되는 물을 희석하기 위한 목적하에 물도 공급되므로 수위가 항시 점차 높아지게 되어 있다) 수문(65)의 상단을 타고 물이 흘러 넘쳐 배수구(77)를 통해 배출됨으로, 늘 목표 수위가 안정적으로 유지되어지게 되어 있으나, 그럼에도 불구하고 갑작스럽게 가공수조(54) 내의 수위가 상승하여 Hzv를 초과하게 되는 경우에는 수위가 오버된 긴급 상황이라 판단하여, 컴퓨터 제어부(85)는 솔레노이드 밸브(73)를 개방하여 드레인관로(74)를 통해 신속히 물을 배수하여 수위를 본래의 목표 수위로 낮춰주게 되어 있다.

한편, 가공 작업 중 가공물의 상태를 확인할 필요가 있는 경우 해당 버튼을 누르게 되면, 드레인관로(74)가 개방되어 수위를 Ht까지 낮추도록 제어하며(이때 호스 내의 압력이 낮아지게 되며, 이를 검출하여 Ht 수위에서의 압력에 도달하면 드레인관로를 폐쇄시킨다), 가공 작업이 완료되어 가공수조(54)의 청소 작업을 실시할 때는 가공수조(54) 내의 물을 완전히 배출하고 금속분 등을 깨끗이 청소한 후 다시 다음 가공 작업을 위해 가공수조에 목표 수위까지 물을 채우게 된다.

여기서 Hzl은 목표 수위인 Hz의 하한 허용치로서, Hz-10mm 정도로 설정하며, Hzv는 목표 수위인 Hz의 상한 허용치로서 Hz+10mm 정도로 설정한다.

또, 본 발명의 목표 수위 Hz를 가공물 상부 35mm 정도로 설정하는 것을 예로 하였으나, 그 목표 수위가 상하한 허용 수위 범위 내에서 상황에 맞추어 가변할 수 있는 성격의 것이라 할 것인바, 본 발명의 경우 그 범위 내에서 높이에 비례하는 압력 값만 설정해 주면 자동으로 쉽게 수문의 미세 높이 조정을 통해 목표 수위를 안정적으로 유지할 수 있는, 목표 수위의 자유로운 미세 조정 달성이라는 장점을 가진다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들이 본 명세서에 설명되었으며, 이는 본 발명을 수행하는 데 있어 발명자에게 알려진 최선의 모드이다. 이러한 바람직한 실시예들의 변형예들이 이상의 설명으로부터 실시 가능하다는 것은 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 발명자들은 숙련된 기술자들이 이러한 변형예를 채용할 것을 예상하며, 발명자들도 본 발명을 이상에서 특별히 설명한 것 외에도 실시하고자 한다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법에 의해 허용되는 바에 따라 첨부된 청구범위에 언급된 주제와 균등한 모든 변형예를 포함한다. 또한, 전술한 요소들의 가능한 모든 조합은 본 명세서 내에서 특별히 언급하거나 배제하지 않은 이상 본 발명에 포함될 것이다.

50: 와이어 51: 와이어 가이드(Z축 헤드)
52: 작업대 54: 가공수조
65: 수문 66: 배수실
69: 펌프 70: 저장탱크
71: 급수관로 73: 솔레노이드 밸브
74: 드레인관로 75: 작동버튼 스위치부
76: 수문 구동수단 77: 배수공
80: 개방부 81: 벽면
82: 제1에어호스 83: 고정구
84: 수위감지용 차압센서 85: 컴퓨터 제어부
86: 제2에어호스 87: 고정구
88: 수문제어용 차압센서 89: 개방부

Claims (4)

1. 가공물을 방전 가공하기 위한 와이어가 이송되도록 가이드하는 와이어 가이드와; 상기한 가공물을 장착하여 X-Y 축 방향으로 수평면 상에서 이송시키면서 상기 와이어가 가공을 하도록 하는 X-Y 작업대와; 상기한 X-Y 작업대가 내장되도록 형성되고 물이 충진되도록 설치된 가공수조와; 상기 가공수조 내에 물을 공급하는 급수수단과; 상기 가공수조 내의 물을 외부로 배출하는 드레인관로와; 상기 드레인관로를 개폐하는 솔레노이드 밸브;를 포함하는 침적식 와이어 커트 방전 가공기를 위한 가공수조의 수위 조절장치에 있어서, 일단의 개방부가 상기 가공수조 내의 바닥면 가까이에 위치하고, 타단은 외부로 연장되어지되 상기 가공수조 내의 구간은 수직을 이루도록 가공수조의 일측 벽면에 고정 설치되는 제1에어호스와; 상기 제1에어호스의 외부로 연장된 타단에 마련되어 상기 개방부로 유입되는 물의 높이에 따라 가해지는 호스 내부의 공기압을 전압값으로 변환하여 출력하는 수위감지용 차압센서와; 상기 수위감지용 차압센서에 의해 감지된 수위 정보에 따라 상기 급수수단의 작동과 배수수단인 솔레노이드 밸브의 개폐 작동을 제어하는 컴퓨터 제어부와; 상기 가공수조 내부에 별도로 구획되는 공간으로, 항시 외부에 대해 개방된 배수공을 구비하도록 마련된 배수실과; 상기 배수실에는 상기 가공수조 내의 물을 흘러 넘치게 하는 수문이 수문구동수단에 의해 승하강 가능하게 설치되며, 상기 배수실 측에 접한 수문 벽면으로 일단에 형성된 개방부가 가공수조 하부 측을 향하여 개구되고, 그의 타단은 가공수조 외부로 연장하되, 상기 수문 벽면에 접하는 구간이 수직으로 수문 벽면에 고정 설치되는 제2에어호스와; 상기 제2에어호스의 외부로 연장된 타단에 마련되어 상기 개방부로 유입되는 물의 높이에 따라 가해지는 호스 내부의 공기압을 전압값으로 변환하여 출력하는 수문제어용 차압센서;를 포함하고 있으며, 상기 수문제어용 차압센서로부터 출력되는 신호는 상기 컴퓨터 제어부에 인가되어 상기 컴퓨터 제어부가 상기 수문구동수단을 구동 제어하여 수문의 높이를 제어하는 것을 특징으로 하는 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 감지용 차압센서와 수문제어용 차압센서는 압력에 비례하여 출력되는 아날로그 전압값을 디지털 신호로 변환하여 상기 컴퓨터 제어부에 출력하는 것을 특징으로 하는 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터 제어부는 상기 와이어 가이드의 Z축 방향의 설정 높이에 맞추어 목표 수위를 결정한 후 그 결정된 목표 수위에 연동하여 물을 공급하도록 제어하게 되는 것을 특징으로 하는 침적식 와이어 커트 방전 가공기의 가공 수조 자동 수위 측정 및 조절장치.

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