KR101778088B1

KR101778088B1 - 초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공 장치

Info

Publication number: KR101778088B1
Application number: KR1020160096328A
Authority: KR
Inventors: 장인구
Original assignee: (주)에스엠텍
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2017-09-13

Abstract

본 발명은 마이크로 레이저 가공기와 방전가공기(EDM : electrical discharge machining)를 융합하여 피공작물을 가공하는 초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피공작물에 레이저를 조사하여 1차로 가공한 후 동일한 위치에 방전가공을 2차로 수행하여 정밀한 가공이 이루어 질 수 있으며, 다양한 형상과 깊이를 조절할 수 있어 넓은 범위에 사용이 가능한 초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공 장치에 관한 것이다.

Description

초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공 장치 {Cemented carbide, high-quality laser micro-discharge complex processing device}

최근 산업에서 초소형 부품, 고정밀 가공기에 대한 수요가 증가하여 상기의 가공 기술에 대한 연구가 지속적으로 이루어지며, 특히, 잉크젯 및 디젤 엔진 노즐 등의 기계부품, 초정밀 미세금형, 의료기구 등의 전반적인 산업분야에 미세 구멍과 미세 형상 가공의 수요가 증가하고 있는 추세이다.

이처럼 증가하는 수요로 인해 다양한 방법의 금속표면 가공이 수행되는데, 대표적으로는 기계적 밀링가공(예, 다이아몬드 밀링, 래핑, 연삭, 거친 절삭), 화학적 밀링(예, 화학적 에칭, 광화학적 에칭), 고에너지 밀링(예, 플라즈마, 엑시머 레이저, 레이저 다이오드와 같은 고에너지 비임을 사용한 삭마 또는 에칭), 및 디자인 또는 패턴화된 영역에서 재료를 제거할 수 있는 기타 처리방법에 의해 표면 가공이 이루어진다.

상기의 다양한 방법 중 높은 경도와 강도를 갖는 피대상물을 가공하는 방법은 주로 레이저를 사용하는 방법과 전기방전 가공이 주로 사용된다.

전기 방전 가공(EDM : electrical discharge machining )은 피공작물 표면 위에 정확히 이동되는 전극 절삭장치를 가지며 가열된 전극은 피공작물을 선택적으로 용융-에칭 또는 삭마 시킬 수 있으며, 공구 전극을 이송시킬 수 있어 복잡한 3차원 형상도 가공할 수 있는 이점이 있었다.

그러나, 방전 가공은 가공물뿐만 아니라 공구전극도 함께 마모가 발생하는 단점과, 느린 가공속도, 가공깊이의 한계 및 정밀도가 현저하게 떨어지는 단점이 있다.

또한, 상기 레이저 가공방법은 광범위한 가공물에 사용이 가능함은 물론 빠른 가공 속도를 장점으로 하고 있으나, 가공되는 형상의 크기 등의 제어가 어렵고, 제한된 폭과 깊이만 가공할 수 있었으며, 표면의 거칠기가 높아 결과물의 작업 신뢰도가 저하되는 단점이 있다.

따라서, 광범위한 재료에 사용이 가능하며, 미세 구멍과 미세 형상의 표면가공이 정밀하여 작업신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 공구의 수명이 길어져 유지보수가 편리한 미세 구멍과 미세 형상의 가공방법이 개발되어야 하는 실정이다.

1. 한국공개특허공보 제10-2014-0043346호 '미세방전 기반 계측 시스템' (출원일자 2012.05.02) 2. 한국등록특허공보 제10-1341117호 '기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치 및 절삭가공방법' (출원일자 2011.10.24) 3. 한국공개특허공보 제10-1997-7007476호 '전기적 방전 가공(EDM) 머신 제어 방법 및 그 장치' (출원일자 1997.04.17)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 마이크로 미세 가공이 가능한 레이저 가공기와 방전가공기 두 공정을 혼합하여 사용이 가능함에 따라 절삭되는 피공작물의 가공효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 1차로 레이저 가공이 수행되고, 2차로 방전가공이 수행됨에 따라 레이저 가공시 발생하는 가공부스러기를 방전가공 시 전해액을 통해 배출이 이루어질 수 있고, 방전가공으로 제거되는 재료의 양이 감소됨에 따라 방전공구의 마모율이 저하됨은 물론 가공속도와 정밀도가 향상될 수 있는 초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공 장치를 제공한다.

본 발명의 초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공 장치는 지면과 수평을 이루는 바닥판(110)과 상기 바닥판(110)에 세워지는 지지프레임(120)을 포함하는 메인프레임(100); 소정의 두께를 가지며, 가공대상물(S)이 안착되는 테이블(200); 상기 가공대상물(S)의 가공위치에 따라 상기 테이블(200)을 X축으로 수평이동이 가능하도록 상기 테이블(200)이 상단에 안착되는 X축이동모듈(300); 상기 가공대상물(S)의 가공위치에 따라 상기 X축이동모듈(300)을 Y축으로 수평이동시키기 위해 상기 X축이동모듈(300)이 상단에 고정되며 상기 바닥판(110)에 안착되는 Y축이동모듈(400); 상기 가공대상물(S)의 표면을 가공하기 위해 레이저 빔을 전달받아 상기 가공대상물(S)의 표면에 조사하는 레이저가공기(500); 외부로부터 전압을 인가받아 상기 가공대상물(S)의 레이저가공기(500)로부터 1차로 가공된 가공된 표면과 동일한 위치에 스파크를 방전시켜 상기 가공대상물을 2차로 가공하는 방전 가공기(600); 상기 레이저가공기(500)와 상기 방전 가공기(600)가 체결되며, 상기 레이저 빔의 초점 또는 상기 방전되는 스파크의 초점을 조절하기 위해 상하방향으로 이동하도록 상기 지지프레임(120)에 고정되는 Z축 이동모듈(700); 상기 레이저가공기(500)에 상기 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진부(800); 상기 가공대상물의 가공위치와 상기 레이저가공기(500), 방전 가공기(600)의 작동을 제어하는 제어부(900);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 테이블(200)에 고정되며 내부에 상기 가공대상물(S)이 안착 고정되는 방전수조(210)가 구비되며, 상기 레이저가공기(500)로 인해 상기 가공대상물(S)의 표면에 제1 가공홀(S-1)이 형성되면 상기 방전수조(210)에 전해액이 공급되고, 상기 방전 가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)에 방전되면 제1 가공홀(S-1)의 직경과 깊이보다 더 큰 제2 가공홀(S-2)이 형성되되, 상기 방전 가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)에 방전될 때 상기 제1 가공홀(S-1) 및 제2 가공홀(S-2) 가공시 발생되는 버(Burr)가 상기 전해액을 따라 가공대상물(S)의 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 레이저가공기(500)는 상기 가공대상물(S)의 표면에 일정간격 이격되는 제1 가공홀(S-1)을 가공하도록 상기 레이저 발진부(800)에서 발진되는 레이저 빔은 초단 펄스 레이저 빔이 발진되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 Z축이동모듈(700)은 상기 지지프레임(120)에 고정되는 레일몸체(710); 상기 레일몸체(710)의 일측에 고정되는 레일(720); 상기 레일(720)을 따라 상하방향으로 이동하며, 상기 레이저가공기(500)와 상기 방전 가공기(600)가 고정 설치되는 수직이동판(730); 상기 레일몸체(710)의 내부에 위치하며, 회전하는 방향에 따라 상기 수직이동판(730)이 상하방향으로 이동되도록 상기 수직이동판(730)과 체결되는 스크류(740); 상기 스크류(740)를 일측 또는 타측방향으로 회전시키는 구동모터(750);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 Z축이동모듈(700)에는 상기 레이저 빔으로 가공된 가공대상물의 영역을 스캔하는 위치보정스캐너(760)가 더 구비되되, 상기 위치보정스캐너(760)는 상기 테이블(200)이 이동하여 상기 가공대상물(S)의 레이저 빔 가공 영역과 스파크 도달지점이 동일한 수직선상에 위치하도록 상기 레이저 빔으로 가공된 영역의 좌표값을 상기 제어부(900)로 전달하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 Z축이동모듈(700)에 장착되어 상기 테이블(200)의 상면을 스캔하는 위치보정스캐너(760); 상기 레이저 발진부(800)와 상기 위치보정스캐너(760) 사이에는 발진되는 레이저를 선택적으로 상기 레이저 가공기(500) 또는 상기 위치보정스캐너(760)로 반사시키는 반사렌즈(770);를 포함하되, 상기 위치보정스캐너(760)로 반사된 레이저 빔은 선택적으로 상기 레이저가공기(500)의 작동 전 테이블(200)에 조사되거나, 상기 레이저가공기(500)로 가공된 후 이동한 테이블(200)에 조사되며, 상기 위치보정스캐너(760)는 상기 레이저가공기(500)의 작동 전 테이블(200)로 조사된 레이저 빔의 위치와 레이저가공기(500)로 가공된 후 이동한 테이블(200)의 위치 동일하게 정렬되도록 테이블(200)에 조사된 레이저 빔의 위치를 스캔하여 획득한 데이터를 제어부(900)로 전송시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 가공대상물에 레이저 빔을 이용하여 신속한 가공이 이루어질 수 있는 레이저가공기가 구비되고, 방전가공기를 통해 레이저가공기가 가공한 제1 가공홀을 2차로 가공하여 제2 가공홀을 형성함으로써 방전가공기가 가공하는 영역의 면적이 작아져 신속한 가공이 이루어질 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 방전가공기의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 드릴(Drilling), 밀링(Milling)을 선택적으로 수행할 수 있어 다양한 작업이 이루어질 수 있고, 가공시 발생하는 가공부스러기의 배출이 용이하여 정밀도가 향상될 수 있다.

도 1 은 본 발명의 전체적인 모습을 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명의 X축이동모듈의 주요구성을 나타낸 사시도.
도 3 은 본 발명의 Y축이동모듈과 Z축이동모듈의 주요구성을 나타낸 사시도.
도 4 는 본 발명의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 5 는 본 발명의 가공대상물의 가공순서 및 가공방법을 나타낸 사시도.
도 6 은 본 발명의 레이저가공기의 작동방법 및 위치보정스캐너의 작동방법의 실시예를 나타낸 측면도.
도 7 은 본 발명의 레이저가공기 및 방전 가공기의 가공 실시예를 나타낸 사진.
도 8 은 본 발명의 레이저가공기 및 방전 가공기의 가공 실시예를 나타낸 사진.
도 9 는 본 발명의 레이저가공기 및 방전 가공기의 가공 실시예를 나타낸 사진.
도 10 은 본 발명의 방전 가공기의 가공 실시예를 나타낸 사진.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 전체적인 모습을 나타낸 사시도, 도 2 는 본 발명의 X축이동모듈의 주요구성을 나타낸 사시도, 도 3 은 본 발명의 Y축이동모듈과 Z축이동모듈의 주요구성을 나타낸 사시도, 도 4 는 본 발명의 일실시예를 나타낸 사시도, 도 5 는 본 발명의 가공대상물의 가공순서 및 가공방법을 나타낸 사시도, 도 6 은 본 발명의 레이저가공기의 작동방법 및 위치보정스캐너의 작동방법의 실시예를 나타낸 측면도, 도 7 내지 도 10 은 본 발명의 레이저가공기 및 방전 가공기의 가공 실시예를 나타낸 사진에 관한 것이다.

도 1 을 참조하면 본 발명의 초경합금 레이저 미세방전 복합가공 장치는 메인프레임(100)을 갖는다. 메인프레임(100)은 지면과 수평을 이루는 바닥판(110)과 바닥판(110)에 상하방향으로 세워지는 지지프레임(120)을 포함한다. 바닥판(110)의 하단에는 메인프레임(100)의 이동을 편리하게 하기 위해 이동바퀴 등의 이동수단이 구비될 수 있다.

도 1 을 참조하면 소정의 두께를 갖는 테이블(200)이 형성된다. 테이블(200)의 상면에는 가공하고자 하는 가공대상물(S)이 안착된다.

그리고, 도 1 및 도 2 를 참조하면 상기 테이블(200)이 상단에 안착되는 X축이동모듈(300)이 구비되는데, X축이동모듈(300)은 가공대상물(S)의 가공위치에 따라 테이블(200)을 X축으로 수평이동시킬 수 있다.

X축이동모듈(300)은 상면에 테이블(200)이 안착 고정되는 X축이동판(310)과 X축이동판(310)과 테이블(200)의 사이에 구비되어 테이블(200)의 X축 수평이동을 안내하는 X축레일(320)이 구비된다. 그리고 X축이동판(310)의 하단과 결합되어 테이블(200)을 X축으로 반복하여 수평이동시키는 X축구동수단(330)이 더 구비될 수 있다. X축구동수단(330)은 유압실린더, 공압실린더 또는 모터와 볼스크류 등으로 이루어질 수 있다.

도 1 및 도 3 을 참조하면 바닥판(110)에 안착되어 X축이동모듈(300)을 Y축으로 수평이동시키기 위한 Y축이동모듈(400)이 형성된다. 즉, Y축이동모듈(400)은 가공대상물(S)의 가공위치에 따라 X축이동모듈(300)을 가공하기 위해 X축이동모듈(300)이 상단에 고정된다.

보다 상세히 설명하면, Y축이동모듈(400)은 상면에 X축이동모듈(300)이 안착고정되는 Y축이동판(410)과 Y축이동판(410)을 Y축방향으로 안내하기 위한 Y축레일(420)이 추가로 구비될 수 있다. Y축레일(420)은 바닥판(110)에 안착고정되며, 내부에 Y축이동판(410)을 Y축으로 이동시키기 위해 Y축이동판(410)의 하단과 고정되는 Y축구동수단(430)이 구비된다. Y축구동수단(430) 또한 X축구동수단(330)과 동일한 구성으로 이루어질 수 있다.

도 1 을 참조하면 메인프레임(100)의 측면에는 가공대상물(S)의 표면을 가공하기 한 레이저가공기(500)가 구비된다. 레이저가공기(500)는 레이저 가공(laser beam machining)을 수행하기 위한 장치로써, 레이저 빔을 전달받아 레이저 빔이 포함하고 있는 에너지를 열에너지로 변환시켜 공작물을 국부적으로 가열하여 미세한 가공을 행한다.

이와 같은 레이저가공기(500)는 외부에서 레이저 빔을 전달받은 후 반사경을 통해 출력의 일부가 입력측에 되돌아오고 동시에 출력이 증대되어 가공대상물(S)로 조사된다. 이때 레이저 빔이 집광렌즈를 통과하면서 한 점으로 모아지고 모아진 레이저 빔이 공작물의 표면을 국부적으로 가열하여 용융시켜 가공이 이루어진다. 이로써, 가공대상물(S)의 표면에는 제1 가공홀(S-1)이 형성되며, 상기의 레이저가공기(500)는 직접적으로 접촉하지 않아 정밀한 가공이 이루어질 수 있다.

도 1 을 참조하면 메인프레임(100)의 일측에는 레이저가공기(500)에 고출력의 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진부(800)가 구비될 수 있다. 레이저 발진부(800)에서 발진되는 레이저 빔은 펄스 레이저 빔(pulsed laser) 또는 초단 펄스 레이저 빔(ultrashort(light) pulse)일 수 있다.

즉, 가공대상물(S)의 표면에 형성되는 제1 가공홀(S-1)은 미세홈(Groove)일 수 있기 때문에 펄스 레이저 빔(pulsed laser) 또는 초단 펄스 레이저 빔(ultrashort(light) pulse) 등으로 발진 될 수 있다. 그리고, 제1 가공홀(S-1)은 X축이동모듈(300) 및 Y축이동모듈(400)의 작동으로 인해 일정간격 이격되며 가공대상물(S)의 표면에 다수개 형성될 수 있다.

도 1 을 참조하면 외부로부터 전압을 인가받아 가공대상물(S)의 표면에 스파크를 방전시켜 2차로 방전가공(EDM : electric discharge machining)하는 방전 가공기(600)가 구비된다. 방전 가공기(600)는 가공대상물(S)의 표면에 레이저 빔이 조사되어 제1 가공홀(S-1)을 가공한 후 제1 가공홀(S-1)과 동일한 위치에 스파크를 방전시켜 가공대상물(S)에 제2 가공홀(S-2)을 가공하는 것이다. 상기 방전 가공기(600)는 방전의 종류에 따라 스파크가공·아크가공·코로나가공으로 분류될 수 있다.

도 1 및 도 3을 참조하면 레이저가공기(500) 및 방전 가공기(600)가 체결 고정되며, 고정된 레이저가공기(500) 및 방전가공기(600)를 상하방향으로 이동시키기 위한 Z축이동모듈(700)이 구비된다. 즉, Z축이동모듈(700)은 지지프레임(120)에 고정되어 상하방향으로 이동하는데, 이때 레이저가공기(500)로부터 출사되는 레이저 빔의 초점을 조절하기 위해 이동하거나, 방전 가공기(600)에서 방전되는 스파크의 초점(접점)을 조절하기 위해 상하방향으로 이동하는 것이다.

도 3 을 참조하면 Z축이동모듈(700)은 지지프레임(120)에 고정되는 레일몸체(710), 레일(720), 수직이동판(730), 스크류(740), 구동모터(750)를 포함한다. 레일몸체(710)는 지지프레임(120)에 고정되며, 내부가 중공된 형상을 이룬다.

레일(720)은 레일몸체(710)의 일측에 고정되며, 레일몸체(710)을 따라 상하방향으로 연장되어 형성된다.

수직이동판(730)은 레일(720)을 따라 상하방향으로 이동할 수 있으며, 일측에 레이저가공기(500)와 방전 가공기(600)가 고정 설치된다. 즉, 레이저가공기(500)와 방전 가공기(600)는 수직이동판(730)과 일체로 이동할 수 있는 것이다.

그리고 스크류(740)는 레일몸체(710)의 내부에 구비될 수 있는데, 일측이 레일몸체(710)의 내측면에 회전 가능하도록 고정된다. 그리고 스크류(740)가 회전하는 방향에 따라 수직이동판(730)이 상하방향 이동되도록 수직이동판(730)과 체결된다.

이때 스크류(740)의 외측면에는 암나사산이 형성될 수 있고, 수직이동판(730)에는 상기 나사산과 대응하는 수나사산이 형성되어 스크류(740)가 회전함에 따라 수직이동판(730)은 레일(720)에 안내되어 이동되는 것이다.

구동모터(750)는 스크류(740)의 타측에 체결되어 스크류(740)에 회전력을 제공하며, 수직이동판(730)이 상하방향으로 이동할 수 있도록 일측 또는 타측방향으로 회전하는 서보모터(servo-motor) 또는 스텝모터(stepper motor)일 수 있다.

도 1 을 참조하면 가공대상물(S)의 가공위치, 레이저가공기(500), 방전 가공기(600), X,Y,Z축이동모듈(300,400,700)의 작동을 제어하는 제어부(900)가 구비된다.

도 4 를 참조하면 테이블(200)에 안착 고정되는 방전수조(210)가 구비된다. 방전수조(210)는 상측이 개방된 형상으로 이루어지며, 내부에 가공대상물(S)이 안착되어 고정될 수 있다. 방전수조(210) 내측에는 가공대상물(S)을 고정하기 위한 고정수단(211)이 구비될 수 있다.

방전수조(210)에는 제1 가공홀(S-1)에 방전 가공기(600)의 스파크가 방전될 때 가공(절삭)된 가공대상물(S)의 이물질을 제거하고 가공 효율을 향상시키기 위한 전해액이 지속적으로 공급되어야 한다. 이때, 도면에는 도시하지 않았으나, 방전수조(210)에 전해액을 지속적으로 공급해주는 별도의 전해액 공급수단이 형성될 수 있으며, 가공대상물(S)의 가공이 완료되면 방전수조(210)에 수용된 전해액을 배출시키기 위한 배출수단이 별도로 구비될 수 있다.

도 5 를 참조하면 가공대상물(S)에 형성된 제1 가공홀(S-1)은 출사되는 레이저 빔의 형상으로 인해 'V'형상을 가지도록 가공된다. 그리고 제1 가공홀(S-1)에 스파크의 방전이 이루어지면 제1 가공홀(S-1)의 주변이 절삭(가공)되어 '□' 형상을 갖는 제2 가공홀(S-2)이 형성되는 되는 것이다. 따라서, 제2 가공홀(S-2)은 제1 가공홀(S-1)의 직경보다 크도록 형성되며 절삭되는 깊이도 더 제1 가공홀(S-1)에 비해 깊어진다.

그리고, 방전 가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)에 방전될 때 제1 가공홀(S-1) 및 제2 가공홀(S-2) 가공시 발생되는 버(Burr)가 상기 전해액을 따라 가공대상물(S)의 외부로 배출되어 가공 정밀도가 향상됨은 물론 방전 가공기(600)의 전극 수명도 향상되는 등의 이점이 발생한다.

도 1 을 참조하면 Z축이동모듈(700)에는 가공대상물(S)의 가공영역을 스캔하는 위치보정스캐너(760)가 더 구비된다. 보다 상세히 설명하면 위치보정스캐너(760)는 가공대상물(S)에 레이저 빔이 조사되어 1차로 가공된 가공대상물(S)의 표면을 일정간격으로 분할하여 스캔한다. 이는 가공대상물(S)의 표면을 특정한 좌표값으로 나누기 위함이다. 이후, 가공대상물(S)에 레이저 빔으로 가공된 가공영역을 식별한 후 이를 제어부(900)로 전달하면 제어부(900)가 X 및 Y축이동모듈(300,400)을 작동시켜 방전 가공기(600)의 스파크 도달지점이 레이저 빔으로 가공된 가공영역과 동일한 수직선상에 위치하도록 테이블(200)을 이동하는 것이다.

또한, 위치보정스캐너(760)는 최초의 가공대상물(S)의 가공영역을 스캔하고, 스캔한 좌표값을 제어부(900)로 전송하여 가공하고자 하는 위치를 선정한 후 동일한 좌표지점을 1차 및 2차로 가공할 수 있다.

도 6 을 참조하면 위치보정스캐너(760)는 가공대상물(S)의 표면이 아닌 테이블(200) 또는 상기의 방전수조(210)의 상면을 스캔할 수 있다.

그리고, 레이저 발진부(800)와 위치보정스캐너(760) 사이에는 반사렌즈(770)가 더 구비될 수 있는데, 반사렌즈(770)는 레이저 발진부(800)로부터 발진되는 레이저 빔을 선택적으로 레이저가공기(500) 또는 위치보정스캐너(760)가 위치한 방향으로 반사시키는 역할을 수행한다. 이때 반사렌즈(770)를 통과여 위치보정스캐너(760)로 레이저 빔이 반사될 때 레이저 빔의 특정한 파장이 위치보정스캐너(760)에 도달하도록 반사렌즈(770)와 위치보정스캐너(760) 사이에는 필터(미도시)가 추가로 구비될 수 있다. 위치보정스캐너(770)에 도달한 레이저 빔은 테이블(200) 또는 방전수조(210)가 위치한 방향으로 조사된다.

즉, 레이저가공기(500)가 가공대상물을 가공하기 전 반사렌즈(770)는 위치보정스캐너(760)로 레이저 빔을 발진시키고, 위치보정스캐너(760)에 도달한 레이저 빔은 가공대상물(S)이 안착된 가공대상물(S)의 표면 또는 테이블(200)의 표면 또는 방전수조(210)(이하 테이블(200))의 어느 한 지점에 도달한다. 이때 위치보정스캐너(760)는 어느 한 지점에 도달한 위치를 스캔하여 식별된 데이터를 제어부(900)로 전송한다.

이후 반사렌즈(770)는 레이저 빔을 레이저가공기(500)로 반사시켜 테이블(200)에 위치한 가공대상물(S)을 가공한다. 이때 가공대상물(S)의 표면을 가공하기 위해 테이블(200)이 X축 및 Y축 방향으로 이동하게 된다. 이후 레이저가공기(500)의 가공이 완료되면 상기 반사렌즈(770)는 레이저 빔을 위치보정스캐너(760)로 반사시킨다. 이후 위치보정스캐너(760)는 최초 위치보정스캐너(760)가 식별한 레이저 빔의 도달 위치와 레이저 가공이 완료되어 위치보정스캐너(760)로부터 발진된 레이저 빔의 도달 위치를 식별하여 식별된 데이터를 제어부(900)로 전송한다.

이때 제어부(900)는 위치보정스캐너(760)로부터 발진된 최초의 레이저 빔이 도달한 위치와 레이저 가공이 완료된 후의 테이블(200)에 조사된 레이저 빔 도달위치를 분석한 후 위치보정스캐너(760)에서 발진되는 레이저 빔의 위치와 최초의 테이블(200)에 도달한 레이저 빔의 위치가 일치하도록 테이블(200)을 이동시킨다.

이후, 테이블(200)이 최초의 시작지점과 동일한 위치로 정렬되면 방전 가공기(600)가 레이저가공기(500)가 가공한 가공대상물(S)의 동일한 위치를 2차로 가공할 수 있게 된다.

[실시예]

도 7 의 (a)는 가공대상물(S)에 레이저 빔이 조사되어 제1 가공홀(S-1)이 형성된 것을 나타낸 것이고, 도 7 의 (b)는 제1 가공홀(S-1)에 방전 가공기가 작동하여 가공대상물(S)에 제2 가공홀(S-2)이 형성된 것을 나타낸 실시예이며, 제2 가공홀(S-2)의 단면 및 가공면의 표면이 균일하여 정밀한 가공이 이루어지는 것을 알 수 있다.

도 8 의 (a)는 가공대상물(S)에 레이저 빔이 지속적으로 조사됨과 동시에 테이블(200)이 X축 또는 Y축으로 이동하여 제1 가공홀(S-1)이 연장되어 형성되어 있고, 도 8 의 (b)는 방전 가공기가 지속적으로 작동하여 가공대상물(S)에 제2 가공홀(S-2)이 형성된 것을 나타낸 실시예이다.

도 9 를 참조하면 본 발명은 레이저가공기 및 방전 가공기의 지속적인 가공이 이루어져 다양한 형상을 가공대상물(S)에 가공할 수 있고, 최종적으로 가공된 제2 가공홀(S-2)의 정밀한 가공이 이루어지는 것을 알 수 있다.

도 10 을 참조하면 가공대상물(S)에 형성된 제1 가공홀(S-1)에 방전 가공이 수행되는 경우 방전 가공기의 방전툴의 형상에 따라 제2 가공홀(S-2)이 이와 대응하여 다양한 형상을 갖는 제2 가공홀(S-2)을 형성할 수 있다.

이와 같은 구성과 실시예에 의한 본 발명의 초경합금 미세방전 복합 가공 장치는 레이저가공기(500)와 방전 가공기(600)가 복합되어 가공대상물(S)을 가공함으로 방전가공기가 가공하는 영역의 면적이 작아져 신속한 가공이 이루어질 수 있으며, 가공시 발생하는 가공부스러기의 배출이 용이하여 정밀도가 향상될 수 있다.

100 : 메인프레임 110 : 바닥판
120 : 지지프레임 200 : 테이블
210 : 방전수조 300 : X축이동모듈
400 : Y축이동모듈 500 : 레이저가공기
600 : 방전 가공기 700 : Z축이동모듈
710 : 레일 몸체 720 : 레일
730 : 수직이동판 740 : 스크류
750 : 구동모터 760 : 위치보정스캐너
770 : 반사렌즈 800 : 레이저발진부
900 : 제어부 S : 가공대상물
S-1 : 제1 가공홀 S-2 : 제2 가공홀

Claims

지면과 수평을 이루는 바닥판(110)과 상기 바닥판(110)에 세워지는 지지프레임(120)을 포함하는 메인프레임(100);
소정의 두께를 가지며, 가공대상물(S)이 안착되는 테이블(200);
상기 가공대상물(S)의 가공위치에 따라 상기 테이블(200)을 X축으로 수평이동이 가능하도록 상기 테이블(200)이 상단에 안착되는 X축이동모듈(300);
상기 가공대상물(S)의 가공위치에 따라 상기 X축이동모듈(300)을 Y축으로 수평이동시키기 위해 상기 X축이동모듈(300)이 상단에 고정되며 상기 바닥판(110)에 안착되는 Y축이동모듈(400);
상기 가공대상물(S)의 표면을 가공하기 위해 레이저 빔을 전달받아 상기 가공대상물(S)의 표면에 조사하는 레이저가공기(500);
외부로부터 전압을 인가받아 상기 가공대상물(S)의 레이저가공기(500)로부터 1차로 가공된 가공된 표면과 동일한 위치에 스파크를 방전시켜 상기 가공대상물을 2차로 가공하는 방전 가공기(600);
상기 레이저가공기(500)와 상기 방전 가공기(600)가 체결되며, 상기 레이저 빔의 초점 또는 상기 방전되는 스파크의 초점을 조절하기 위해 상하방향으로 이동하도록 상기 지지프레임(120)에 고정되는 Z축 이동모듈(700);
상기 레이저가공기(500)에 상기 레이저 빔을 출사하는 레이저 발진부(800);
상기 Z축이동모듈(700)에 장착되어 상기 테이블(200) 또는 상기 가공대상물(S) 또는 방전수조(210)의 상면을 스캔하는 위치보정스캐너(760);
상기 레이저 발진부(800)와 상기 위치보정스캐너(760) 사이에 구비되어 발진되는 레이저 빔을 상기 레이저 가공기(500)로 반사시켜 상기 가공대상물(S)을 가공하거나 상기 테이블(200) 또는 상기 가공대상물(S) 또는 방전수조(210)의 상면 어느 한 지점에 레이저 빔을 조사하도록 레이저 빔을 상기 위치보정스캐너(760)로 반사시키는 반사렌즈(770);
상기 가공대상물(S)의 가공위치와 상기 레이저가공기(500), 방전 가공기(600)의 작동을 제어하는 제어부(900);를 포함하되,
상기 반사렌즈(770)는 상기 가공대상물(S)의 레이저 가공 전 상기 위치보정스캐너(760)가 상기 어느 한 지점의 위치를 식별하도록 상기 위치보정스캐너(760)로 레이저를 조사한 후 상기 레이저가공기(500)로 레이저 빔을 반사시켜 상기 가공대상물(S)을 가공하고, 이후 테이블(200)을 시작지점과 동일한 위치로 정렬하도록 2차로 위치보정스캐너(760)에 레이저를 조사하며,
상기 위치보정스캐너(760)는 가공대상물(S)의 레이저 가공 전 어느 한 지점의 위치에 도달한 레이저 빔의 위치와 상기 가공대상물(S) 가공 후 어느 한 지점의 위치에 도달한 레이저 빔의 위치를 스캔하여 획득한 데이터를 상기 제어부(900)로 전송하고,
상기 제어부(900)는 상기 레이저가공기(500)가 가공한 가공대상물(S)의 동일한 위치를 상기 방전가공기(600)가 가공하도록 상기 위치보정스캐너(760)로부터 발진된 최초의 레이저 빔이 도달한 위치와 레이저 가공이 완료된 후의 상기 테이블(200)에 조사된 레이저 빔 도달 위치를 분석한 후 상기 위치보정스캐너(760)에서 발진되는 레이저 빔의 위치와 최초의 테이블(200)에 도달한 레이저 빔의 위치가 일치하도록 상기 X 및 Y축 이동모듈(300,400)을 작동시켜 상기 테이블(200)을 이동시키는 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 테이블(200)에 고정되며 내부에 상기 가공대상물(S)이 안착 고정되는 방전수조(210)가 구비되며,
상기 레이저가공기(500)로 인해 상기 가공대상물(S)의 표면에 제1 가공홀(S-1)이 형성되면 상기 방전수조(210)에 전해액이 공급되고, 상기 방전 가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)에 방전되면 제1 가공홀(S-1)의 직경과 깊이보다 더 큰 제2 가공홀(S-2)이 형성되되,
상기 방전 가공기(600)의 스파크가 제1 가공홀(S-1)에 방전될 때 상기 제1 가공홀(S-1) 및 제2 가공홀(S-2) 가공시 발생되는 버(Burr)가 상기 전해액을 따라 가공대상물(S)의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 레이저가공기(500)는 상기 가공대상물(S)의 표면에 일정간격 이격되는 제1 가공홀(S-1)을 가공하도록 상기 레이저 발진부(800)에서 발진되는 레이저 빔은 초단 펄스 레이저 빔이 발진되는 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 Z축이동모듈(700)은
상기 지지프레임(120)에 고정되는 레일몸체(710);
상기 레일몸체(710)의 일측에 고정되는 레일(720);
상기 레일(720)을 따라 상하방향으로 이동하며, 상기 레이저가공기(500)와 상기 방전 가공기(600)가 고정 설치되는 수직이동판(730);
상기 레일몸체(710)의 내부에 위치하며, 회전하는 방향에 따라 상기 수직이동판(730)이 상하방향으로 이동되도록 상기 수직이동판(730)과 체결되는 스크류(740);
상기 스크류(740)를 일측 또는 타측방향으로 회전시키는 구동모터(750);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초경합금 고품질 레이저 미세방전 복합가공장치.
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