KR200445279Y1 - Ｃｎｃ/방전가공에 사용되는 ｍｓ일체형 홀더 - Google Patents

Abstract

본 고안은 CNC/방전가공시 자동화 공정에 사용되는 홀더에 관한 것으로서 기존의 홀더는 4개 이상의 부품으로 제작이 되어 가공이 어려울 뿐 아니라 조립과정에서 누적공차가 생기고 부품의 결합당시의 조건에 따라 가공시에도 가공공차가 생겨 CNC/방전가공시 제품에서 편심/단차가 생기는 단점이 있었다. 본 고안은 이러한 홀더를 일체로 제작하여 누적공차를 최소화하고 상대부품(척)사이에 걸리는 응력을 최대한으로 분산시켜 최소화 하면서도 가공이 용이하고 내구성/내마멸성이 우수한 홀더를 제공한다.

Description

ＣＮＣ/방전가공에 사용되는 ＭＳ일체형 홀더{HOLDER FOR CNC/ELECTRIC DISCHARGE MACHINING}

본 고안은 CNC/방전가공시 공작기계/방전기계에 피가공되는 물체를 고정시키기 위한 홀더에 관한 것이다.

일반적으로 방전가공은 초경합금, 담금질한 고속도강, 내열강등과 같이 가공물의 경도가 매우 높은 재료를 정밀하게 가공하는 방법이다. 특히 금형산업의 발달에

따라 경도가 대단히 높고 균일 생산을 대량으로 진행하는 금형의 가공에 많이 이용되고 있는데 이러한 방전가공은 가공물을 먼저 일정한 형태로 황삭가공하고 상기 가공물의 가공형상에 대응되게 전극을 가공한다. 이때 전극을 CNC공작기계에 의해 가공되는데 이와 같이 가공된 전극은 방전가공기의 척에 고정 설치하여 전해액

속에서 가공물에 전기적으로 발생되는 방전에 의해 전극의 형상대로 가공물을 정밀가공하는 것이다. 그런데 이러한 방전가공에서 전극은 그 형태가 매우 다양하고

또한 정밀도가 요구되는 형상으로 자주 교체하여 주는 작업이 필요하다.

이를 위하여 전극을 홀더에 결합하여 공작기계의 홀더 고정 장치(척)에 고정시키고 공작기계와 전극의 가공기준점을 맞추도록 세팅한 후 가공하게 된다.

가공된 전극은 방전가공기의 척에 고정 설치하게 된다.

도1a,b는 종래에 사용되던 홀더를 도시한 것이다. 홀더몸체(3)의 아래쪽에는 전극을 결합시키기 위한 결합홈(1)이 형성되어 있으며 결합홈의 옆쪽에 형성된 렌치볼트(2)를 조여 결합홈에 가공물을 결합시킨다.

몸체의 상단에는 지그다리(5)가 형성이 되는데 지그다리(5)와 홀더몸체(3)사이에는 제1결합판(4)과 제2결합판(6)이 결합된다. 제2결합판은 홀더 몸체와 제1결합판 사이에 이격을 주기 위한 것이며 제1결합판은 홀더를 방전가공기계에 결합시키기 위한 클램핑 장치가 결합된다.

도2는 홀더와 클램핑 장치의 결합을 도시한다. 홀더몸체의 가운데에 형성된 중공(7)에 축(8)이 결합되며 다시 축이 결합돌기(9)가 형성된 척(10)에 결합된다. 이때 척에 결합된 축과 연결된 레버(21)를 잡아당겨 축(8)을 고정시키게 되면 축이 고정되면서 밀착되는 볼(BALL)에 의해 척과 홀더의 간격을 좁히게 되는데 지그다리(5)에 의하여 척과 홀더의 간격이 유지되는 상태에서 제1결합판에 형성된 홈(22)에 결합되는 결합돌기(9)가 제1결합판을 잡아당기게 되면서 척과 홀더가 팽팽하게 결합하게 된다.

그런데, 기존의 홀더는 홀더몸체, 지그다리, 제1결합판, 제2결합판의 4개의 부품으로 되어 있는데 이것은 범용적으로 사용되고 각각의 부품은 소모되는 것마다 쉽게 교환하게 하기 위한 것이지만 4개의 부품을 결합하여 사용하는 것이기 때문에 조립시마다 누적되는 조립공차의 값은 범위가 클수밖에 없었다.

또한, 레버를 잡아당겨 홀더몸체와 척을 결합하게 하는 경우 척의 결합돌기가 홀더의 제1결합판을 잡아당기게 되면서 홀더몸체와 척이 팽팽하게 결합하게 되는데 척이 제1결합판을 잡아당길 때의 온도, 레버를 잡아당기는 힘 등에 의하여 척이 제1결합판을 잡아당기는 정도의 차이에서도 공차가 생겨 편심/단차가 생길 수도 있다.

또한, 홀더몸체와 척 고정시 지그다리에 작용되는 하중에 의해 척의 접촉면에 응력이 생기면서 접촉면이 손상되어 내구성이 떨어지는 현상을 초래하게 된다.

본 고안은 상기한 바와 같은 단점을 극복하기 위하여 안출 된 것으로서, 홀더 자체의 조립공차와 홀더를 사용하면서 홀더의 변형에 의하여 생기는 공차를 줄여 완성제품의 편심/단차를 줄이고 척에 걸리는 응력에 의해 지그다리와의 접촉에 의해 생기는 마모를 줄이는 새로운 홀더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 CNC/방전가공에 있어서 가공대상물을 결합하는 홀더를 제공하는데, 전체적으로 사각형인 몸체와, 상기 몸체의 하단부에 대상물이 결합할 수 있도록 안쪽으로 함몰된 결합홈이 형성되며 , 상기 몸체의 중심부에는 축이 결합할 수 있도록 벽면에 나사산이 형성되어 상기 몸체를 관통하는 중공이 형성되며 상기 몸체의 각각의 모서리쪽의 꼭지점을 중심으로 양쪽으로 부터 수직으로 연장되며 상기 꼭지점으로 부터 상기 중공을 향하여 연장되어 형성된 지그다리를 포함할 수 있다.

상기 홀더는 제작후에 경도강화를 위해 질화열처리 되는 것일 수 있다.

상기 몸체의 상단에는 안쪽으로 함입된 결합돌기홈이 형성되는데 상기 결합돌기홈은 안쪽으로 갈 수록 폭이 좁아지는 것일 수 있다.

상기 지그다리는 모서리쪽의 꼭지점을 중심으로 한 양변에서 수직으로 연장되고 다시 꼭지점에서 중공을 향하여 연장되어 전체적으로 가공대상물의 크기에 따라 5각형,6각형,원형등을 이루는 것일 수 있다.

상기 지그다리의 연장부의 에지는 주조응력을 감소시키기 위하여 비스듬하게 커팅된것일 수 있다.

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또한, 방전가공에 있어서 가공대상물을 결합하는 상기 홀더는 사각형인 몸체와;상기 몸체의 하단부에 대상물이 결합할 수 있도록 안쪽으로 함몰된 결합홈(15)이 형성되며 , 상기 몸체의 중심부에는 축이 결합할 수 있도록 벽면에 나사산이 형성되어 상기 몸체를 관통하는 중공(17)이 형성되며 ,상기 몸체의 각각의 모서리쪽의 꼭지점을 중심으로 양쪽으로 부터 수직으로 연장되며 상기 꼭지점으로 부터 상기 중공을 향하여 연장되어 형성된 지그다리(13);를 포함하는데

상기 지그다리는 몸체의 모서리쪽의 꼭지점을 중심으로 한 양변으로부터 수직으로 연장되고 다시 꼭지점에서 중공을 향하여 수평으로 연장되어 전체적으로 5각형과 6각형 중 어느 한형태를 이루어 최대한 넓은 결합면적을 갖도록 하며

상기 지그다리의 연장된 부분의 에지는 주조응력을 감소시키기 위하여 비스듬하게 커팅되며 상기 몸체의 상단에는 안쪽으로 함입된 결합돌기홈(12)이 형성되는데 상기 결합돌기홈(12)은 안쪽으로 갈 수록 폭이 좁아지며 상기 홀더를 이루는 구성부분은 일체로 형성되며 상기 지그다리는 상기 몸체의 외곽선 안쪽에 위치하며, 상기 몸체의 상단면과 상기 지그다리가 만나는 부분에는 상기 지그다리에 응력이 가해질때 상기 지그다리가 옆쪽으로 확장될 수 있도록 확장홈이 형성되어 있는 것일 수 있다.

상기 지그다리의 상단면은 안쪽으로 오목한 곡선을 이루고 있어 상기 상단면에 응력이 가해질때 응력이 옆쪽과 하단으로 분배될 수 있도록 하는 것일 수 있다.

상기한 바와 같은 홀더에 의하여 필요한 부품의 수를 줄이고 제작비용을 절감하고 제작과정을 단순화하면서도 방전가공에 의한 편심/단차를 줄여 정밀도를 향상시켜 제품의 품질을 높이는 효과를 갖는 홀더를 제공한다.

특히 기존에 4개의 부품의 조합으로 되어 있던것을 일체로 만들었을 뿐 아니라 일체로 조립하면서 돌기결합홈이 안쪽으로 갈수록 폭이 좁아지는 형태로 만듦으로써 종래의 홀더처럼 잡아당겨서 결합을 유지하는 방식이 아닌 끼워서 결합하는 형식이 될 수 있게 하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세하게 설명한다. 도3은 본 고안에 따른 홀더를 도시하는 도면이다. 도2에서 종래의 홀더가 4개의 부품으로 이루어져 있는 것과 달리 본 고안에 의한 홀더는 일체로 형성되어 누적공차의 발생을 차단할수 있다.

또한, 제작 후에 경도와 강도를 유지하기 위해서 가공 후에 질화열처리를 하여 경도와 강도를 유지하도록 하였다.

또한, 홀더에서 하중을 가장 많이 주는 부분인 지그다리(13)부분을 몸체와 일체로 형성하되 지그다리의 형상은 한쪽 끝부분이 몸체의 모서리쪽 연장선과 일치하도록 하는데 몸체의 모서리쪽 연장선의 단면은 삼각형이 되며 모서리쪽의 꼭지점의 대변을 중공(17)쪽으로 연장할 수 있는 만큼 연장되도록 하여 지그다리(13)가 모서리연장부(11)와 대변연장부(18)로 구성되어 전체적으로 5각형,6각형,원형의 형태를 띄도록 한다. 종전의 지그다리가 별도의 부품으로 구성이 되며 그 단면이 크지 않아 면적에 반비례하는 응력이 크게 걸리게 되어 척의 손상이 많았으나 본 고안에서는 지그다리를 몸체와 일체로 형성하되 중공(17)쪽으로 가능한 한 연장될 수 있도록 하여 단면적을 크게 함으로써 지그다리에 생기는 하중을 최대한 분산시킬 수 있도록 하였다. 이러한 모양은 몸체의 재료를 가공이 쉬운 재료를 사용함으로써 좀 더 쉽게 제작되도록 할 수도 있다.

이러한 지그다리의 모양은 가공되는 대상물의 크기에 따라 달라질 수 있다. 대상물의 크기가 큰 경우에 대상물의 하중에 의하여 지그다리와의 접촉면에 굽힘응력이 발생하여 밀리는 현상을 초래되며 특히 지그다리부분에서 굽힘이 생길 수 있어 지그다리와의 접촉면을 무작정 크게 하는 것은 이러한 굽힘 현상을 피할 수 없게 한다.

따라서, 대상물이 커지는 경우 지그다리의 모양을 원형으로 하되 지그다리의 위치는 홀더몸체의 외곽선 안쪽에 위치하게 하여 밀림에 의한 굽힘현상을 줄이도록 한다.

통상 크기가 60x60 보다 작은 전극과 결합하는 경우 소형으로 이보다 크면 대형으로 보는데 대형인 경우 지그다리를 원형으로 형성하며 소형인 경우에는 5각 으로 형성하며 중형인 경우 6각으로도 형성할 수 있다.

또한, 지그다리에서 대변연장부(18)의 외곽선 부분은 에지(14)를 깍음으로써 주조시 받는 주조응력을 줄일 수 있도록 하였다. 대변연장부뿐 아니라 모서리 연장부쪽의 에지도 깍아 응력을 줄이도록 할 수 있다.

또한 돌기결합홈(19)은 안쪽으로 들어갈수록 폭이 좁아지도록 구성하여 돌기홈(9)과 결합할 때 돌기홈의 폭과 일치하는 곳에서 끼워져 결합되도록 함으로써 종래의 제1결합판에 형성된 돌기결합홈(22)처럼 끼워져서 제1결합판을 당기도록 하지 않도록 하였다. 종래에는 제1결합판을 당기게 되면 제1결합판이 당겨지는 정도는 제1결합판의 재질, 온도, 습도, 지그다리의 결합력 등 여러가지 요소에 의하여 변할 수 있기 때문에 공차가 생기는 원인이 되었다. 그러나 본 고안에서는 돌기결합홈의 폭을 아래쪽으로 갈수록 줄이는 방식을 사용함으로써 돌기홈이 자연스럽게 돌기결합홈의 벽면에 끼워져 결합되도록 하였다. 도4는 돌기결합홈의 이러한 단면을 도시한다.

결합홈(15)에 작업대상물이 결합하는데 결합홈에 결합되는 대상물은 몸체 측면에 형성된 육각렌치볼트를 조여 고정하게 된다. 결합되는 대상물의 크기, 무게에 따라 2개에서 4개의 육각렌치 볼트를 선택적으로 사용하여 고정시키며 소형은 2개만 사용하여도 작업에 있어 흔들림이 없도록 할 수 있다.

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도5는 몸체를 결합홈쪽에서 본 모습을 도시한다. 결합홈은 일자 형태로 형성하며 중공의 안쪽 벽면은 나사산이 형성되어 있다. 그러나 결합홈을 중공을 중심으로 십자로 형성하도록 함으로써 대상물이 좀더 견고하게 부착되도록 할 수도 있다.

도6은 본 고안의 또 다른 실시예를 도시한다. 도6의 실시예는 지그다리부분의 단면적을 최대한으로 하기 위하여 지그다리 끝부분에서 중공쪽으로 최대한 연장할 수 있는 만큼 연장하되 주변의 돌기홈의 결합에 방해되지 않도록 하기 위하여 삼각형형태로 연장이 되도록 하였다. 따라서 지그다리의 전체적인 모양은 6각형이 된다. 6각형의 모양은 중형의 대상물로 작업할 때 사용할 수 있으며 밀림현상이 크지 않으면서도 척에 발생하는 응력을 효과적으로 분산시키도록 할 수 있다. 6각형 형상의 지그다리는 작업 대상물이 소형인 경우 사용된다.

지그다리는 척에 걸리는 응력을 분산시키기 위하여 최대한 넓은 단면적을 갖도록 5각이나 6각으로 형성이 되는데, 특히 몸체가 4각형의 각진 모서리와 꼭지점을 갖고 있는 경우라면 꼭지점으로부터 지그다리가 시작되고 중공쪽으로 연장이 되기 때문에 각진형태가 될 수 밖에 없으며 최대한의 단면적을 확보하기 위해서는 중공이나 돌기결합홈의 설치를 위해서는 5각이나 6각으로 형성하는 것이 좋다.

그러나 대형의 대상물로 작업하는 경우 대상물의 하중에 의하여 생기는 굽힘현상이 지그다리에 까지 나타나지 않도록 하기 위하여 모양은 위와 같지만 몸체안쪽으로 좀 더 들어온 형태일 수 있다. 이러한 모양은 도7,8에 나타나 있으며 도7,8의 지그다리는 원형으로 형성이 되었다.

본원고안에 의하여 제작되는 몸체와 종전의 몸체를 비교하면 도면치수10 짜리의 제품을 방전가공에 의하여 가공할 때 가공치수는 각각 10.015로 동일하였지만 본 고안에 의한 몸체에 의한 것이 가공시간이 9분으로 종전의 10분보다 짧았으며 3차원측청후 편심된 치수를 구하면 종전의 몸체는 x,y,z,축이 각각 0.048, -0.018,-0.015 였으며 본고안에 의한 몸체를 사용하는 경우 0.013,-.0013,-0.004로 편심이 줄어들었음을 확인 할 수 있었다. 또한, 일체로 형성하기 때문에 한개당 제작비용이 종전에 약 45000원이 들었지만 본 고안에 의할때에는 9600원정도로 단가도 줄일 수 있었다. 이것은 부품의 갯수를 줄임으로써 프레스가공등에 들어가는 가공비용을 줄일 수 있기에 가능하였다.

도7은 본 고안에 따른 또다른 실시예를 도시한다. 도7은 지그다리를 일체로 성형하되 원형으로 성형하였다. 특히 대상물이 대형인 경우 결합홈에 결합되는 대상물을 렌치볼트로 조여서 결합시키는데 렌치볼트를 전부 조이게 되는 경우 대상물의 하중에 의해 결합홈의 외부가 밀리게 되고 이 밀림현상에 의하여 지그다리에 변형이 올 수도 있다. 이때 지그다리가 몸체의 외부로부터 연장되어 있는 경우에는 변형의 가능성이 더 커질 수 있기 때문에 대형의 대상물을 사용하는 경우에는 지그다리가 몸체의 안쪽에 들어갈 수 있도록 형성시켜 누적공차를 줄일 수 있도록 하였다. 도8은 도7의 평면도를 도시하는 도면이다.

도9는 지그다리와 몸체의 상단면이 만나는 곳 주위로 지그다리의 외주를 따라 안쪽으로 함입된 골을 만들어 확장홈(31)을 형성한 모습을 도시한다. 확장홈은 지그다리에 응력이 가해질때 지그다리가 응력에 의하여 바깥쪽으로 약간 확장되면서 변형될 수 있는데 확장홈이 형성됨으로 인해서 몸체가 변형되지 않고 확장홈쪽으로 약간 확장 변형되면서 몸체에 가해질 수 있는 응력을 상쇄시킨다. 또한, 확장변형된다고 하여도 지그다리나 몸체가 모두 금속으로 이루어진것이기 때문에 변형정도는 크지 않으며 아주 약간의 변형으로 지그다리로부터 오는 응력을 상쇄하는 효과를 가지게 된다.

도9에서는 지그다리와 몸체가 만나는 곳에 확장홈을 만들었지만 지그다리 안쪽으로 오목하게 들어간 홈을 만들어 위에서 내려오는 응력을 분산시킬 수도 있다.

또한, 지그다리의 상단면을 안쪽으로 오목하게 하여 외주면을 둥글게 하거나 바깥쪽으로 볼록하게 둥글게 형성함으로써 상기 지그다리에 응력이 가해질때 지그다리에 응력이 가해지는 물체와 같은 단면형태로(보통은 평면) 변형되도록 하는데 이때 지그다리에 가해지는 응력에 의해서 지그다리의 형태가 약간씩 변형되게 될 수 있는데 상단면에 변형을 가져오는 응력은 지그다리를 타고 내려와 지그다리와 몸체가 만나는 부분에서 확장홈쪽으로 지그다리를 약하게 변형시키면서 응력이 상쇄된게 된다.

도1a,b, 도2는 종래의 홀더를 도시한 도면

도3은 본 고안에 따른 홀더를 도시한 도면

도4는 본 고안에 따른 홀더의 단면을 도시한 도면

도5는 본 고안에 따른 홀더를 아래쪽에서 본 모습을 도시한 도면

도6,7,8,9는 또다른 실시예를 도시한 도면

Claims (2)

1. 방전가공에 있어서 가공대상물을 결합하는 홀더로서,

   사각형인 몸체와;

   상기 몸체의 하단부에 대상물이 결합할 수 있도록 안쪽으로 함몰된 결합홈(15)이 형성되며 ,

   상기 몸체의 중심부에는 축이 결합할 수 있도록 벽면에 나사산이 형성되어 상기 몸체를 관통하는 중공(17)이 형성되며

   상기 몸체의 각각의 모서리쪽의 꼭지점을 중심으로 양쪽으로 부터 수직으로 연장되며 상기 꼭지점으로 부터 상기 중공을 향하여 연장되어 형성된 지그다리(13);를 포함하는데

   상기 지그다리는 몸체의 모서리쪽의 꼭지점을 중심으로 한 양변으로부터 수직으로 연장되고 다시 꼭지점에서 중공을 향하여 수평으로 연장되어 전체적으로 5각형과 6각형 중 어느 한형태를 이루어 최대한 넓은 결합면적을 갖도록 하며

   상기 지그다리의 연장된 부분의 에지는 주조응력을 감소시키기 위하여 비스듬하게 커팅되며

   상기 몸체의 상단에는 안쪽으로 함입된 결합돌기홈(12)이 형성되는데 상기 결합돌기홈(12)은 안쪽으로 갈 수록 폭이 좁아지며

   상기 홀더를 이루는 구성부분은 일체로 형성되며

   상기 지그다리는 상기 몸체의 외곽선 안쪽에 위치하며,

   상기 몸체의 상단면과 상기 지그다리가 만나는 부분에는 상기 지그다리에 응력이 가해질때 상기 지그다리가 옆쪽으로 확장될 수 있도록 확장홈이 형성되어 있으며

   상기 지그다리의 상단면은 안쪽으로 오목한 곡선을 이루고 있어 상기 상단면에 응력이 가해질때 응력이 옆쪽과 하단으로 분배될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 방전가공에 있어서 가공대상물을 결합하는 홀더
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