KR20050114087A - 3d micro electro discharge machining - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 미터 크기 이하로 초미세 형상을 가공하는 3차원 마이크로 방전 가공 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional micro-discharge machining apparatus for processing ultra-fine shapes up to the micrometer size.
본 발명은 이를 위해 받침대의 상부에 고정 설치되며, 가공함에 고정 설치된 가공물을 전후좌우로 이동시키는 X,Y축 스테이지(20); 상기 X,Y축 스테이지의 상부에 고정 설치되며, 일정 간격으로 형성된 다수의 지그고정구멍을 이용해 가공물을 고정시키는 가공함(30); 상기 가공함의 일측에 구비되며, 와이어로 전극을 일정한 모양으로 가공시키는 전극가공부(40); 상기 받침대의 상부에 지주대가 돌출되고, 이 지주대의 전방에 고정 설치되어 방전가공부를 상하로 이동시키는 Z축 스테이지(50); 상기 Z축 스테이지의 전방에 고정 설치되며, 스핀들의 회전에 의해 가공물에 미세 구멍을 가공하는 방전가공부(60);가 구비되어 구성된다.The present invention is fixed to the upper portion of the pedestal for this purpose, X, Y axis stage 20 for moving the workpiece fixed to the processing box fixed front and rear, right and left; It is fixed to the upper portion of the X, Y-axis stage, the processing box 30 for fixing the workpiece using a plurality of jig fixing holes formed at regular intervals; An electrode processing unit 40 provided at one side of the processing box and processing the electrode into a predetermined shape with a wire; A Z-axis stage 50 protruding from the upper part of the pedestal, and fixedly installed in front of the pedestal so as to move the discharge machining up and down; It is fixedly installed in front of the Z-axis stage, the discharge processing unit 60 for processing a fine hole in the workpiece by the rotation of the spindle; is provided.
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.The present invention configured as described above is a three-dimensional micro-discharge machining apparatus for injection molding is currently in the world, so that the advanced processing technology can be secured in advance, and has the advantage of the RC circuit artificially controlling the pulse It is possible to increase the discharge efficiency, and until now, there is almost no technology for micro mold polishing. By securing ER polishing technology, it can be applied to micro molds for injection molding to improve the precision and production quality of injection products. Furthermore, by securing the microfabrication technology currently required in the semiconductor and medical industries, it can create a lot of added value in the medical industry, the micro mold industry, and information storage devices. Processing and printer nozzle processing, the beauty of the electron gun It is one to be applied to the drilling, as well as the fine holes of the optical cable, such as micro gears, lens mold processing technology in a variety of industries, including the cavity (cavity) molds of various shapes.
Description
본 발명은 3차원 마이크로 방전 가공 장치에 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.The present invention relates to a three-dimensional micro-discharge machining apparatus, and more particularly, the injection molding die three-dimensional micro-discharge machining apparatus is currently in the state of the world, so that the advanced processing technology can be secured in advance, RC circuit It has the advantage of increasing the discharge efficiency by artificially adjusting the pulses, and there is almost no technology for micro mold polishing. Until now, it has been applied to the injection molding micro mold by securing ER polishing technology. In order to improve the precision and production quality of the exhibition, and furthermore, once we secure the micro processing technology required in the semiconductor industry and the medical industry, it is possible to use it in the medical industry, the micro mold industry, and the information storage device. Value added, especially micro In addition to nozzle processing, printer nozzle processing, fine hole processing of electron guns, and fine hole processing of optical cables, processing technology can be applied to various industrial fields such as micro gears, lens molds and cavity molds of various shapes. .
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.As is well known, there are active researches on the development of high-performance ultra-micro component technology for the development of future high value-added high-tech products in the fields of optical digital communication technology, medical environment and electronic home appliance. The size, performance, and functionality of future advanced products will be limited by the size and processing technology of the components that can be machined. At present, the most important technology in the shaping of products is precision processing technology and micro assembly technology. At present, the approach to the processing and fabrication of such micro parts can be divided into macro and micro approaches. Until now, the micro machining method, commonly called MEMS, is a method that comes from the micro part to the macro process, which is different from the existing method. They are difficult to control the machining process, difficult to increase the aspect ratio of the product (i.e. difficult to convert planar processing into three-dimensional processing) and the rigidity of the resulting product and the materials used in the process There are weaknesses that are limited. In addition, there is a big disadvantage that the process time is very long and the yield of the product becomes a problem and the productivity may be reduced.
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.On the other hand, there are macro approaches to micromachining with machining techniques such as milling and drilling, which are used in micromachining, and discharge and ultrasonic machining, which are forms of special machining. However, the miniaturization of such existing machining methods has made it difficult to develop a processing machine and the processing technology itself. In the case of the micro drill, a tool having a diameter of 30 μm is currently made, but it is almost impossible to process a metal-based process or a hole having a diameter of several μm using a drill process. One of the processing methods that can solve such a problem is micro-discharge machining.
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.That is, in the case of the micro-discharge machining, there is a big advantage of improving the processing time and having a flexible workability by a macro approach approaching micro machining in the conventional machining method. This method is based on the erosion of the material by controlling the electrical discharge between the electrode and the workpiece. EDM (Electro Discharge Machining) processing has existed in the past, but it was first applied to micro applications by Masaki. Three different types of tools have been developed: micro hole drilling, announcements for drilling micro holes, tools for machining micro shafts, and tools for making complex shapes. These tools are similar to those of micromachines such as conventional lathes and milling. The materials that can be processed must generally be electrical conductors, and nowadays they are also used for processing semiconductors such as silicon. The advantage of electric discharge machining is that it takes little processing power and thus does not damage the product, and it is easy to process hard materials such as cemented carbide or mold steel, and solves the rigidity problem of the tool. For this reason, it is very good to apply to the mold making through the three-dimensional microfabrication using EDM process. Currently micro-hole machining involves nozzles in turbine engines or nozzles in ink jets, gas or liquid orifices used in aerospace and medical applications, fusion measuring devices, micro-connectors in X-ray guns or high-speed computers, micro turbines, and aircraft engines. It can be used when processing fine holes such as ultra precision. At present, in the case of hole drilling by micro-discharge machining, the aspect ratio is about 1 to 5 times, and the diameter of the hole is generally possible at 75 μm or more. At the experimental level there are results processed to less than 10 μm.
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.As described above, as a result of the micro discharge machining technology, a tool wear compensation technique is required in order to make a workpiece using micro discharge machining in a fine mold technique. It can be seen that the shape of the workpiece is not fine because the surface state of the processed surface is not smooth. In addition, there is still a lack of technology for processing cavities or fine part molds, including accurate tool wear by the micro-discharge machine, and micro molds can be manufactured by applying micropolishing to polish the machined parts. There is no commercialization of the processing machine.
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 의료산업에서 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 제공한다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and the first object is to provide a three-dimensional micro-discharge machining apparatus that can produce a fine injection mold, a specific second object for this purpose Molding three-dimensional micro-discharge machining apparatus for molding is currently in the world, so that the advanced processing technology can be secured in advance, and the third purpose has the advantages of the RC circuit, but artificially adjust the pulse to improve the discharge efficiency The fourth objective is that there is almost no technology for micro mold polishing until now, but by securing ER polishing technology, it can be applied to micro molds for injection molding to improve the precision and production quality of injection products. The fifth purpose is to fine-tune the current demand in the semiconductor and medical industries. With the securing of processing technology, it is possible to create a lot of added value in the fields of medical industry, fine mold industry and information storage device.The sixth purpose is to make micro nozzle processing, printer nozzle processing and fine hole processing of electron gun. It is possible to apply processing technology to various industrial fields such as micro gears, lens molds, cavity molds of various shapes, as well as fine hole processing of optical cables, which can greatly improve product quality and reliability. To provide a three-dimensional micro-discharge machining apparatus.
이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 미세 구멍을 가공하는 마이크로 방전 가공 장치에 있어서, 받침대의 상부에 고정 설치되며, 가공함에 고정 설치된 가공물을 전후좌우로 이동시키는 X,Y축 스테이지; 상기 X,Y축 스테이지의 상부에 고정 설치되며, 일정 간격으로 형성된 다수의 지그고정구멍을 이용해 가공물을 고정시키는 가공함; 상기 가공함의 일측에 구비되며, 와이어로 전극을 일정한 모양으로 가공시키는 전극가공부; 상기 받침대의 상부에 지주대가 돌출되고, 이 지주대의 전방에 고정 설치되어 방전가공부를 상하로 이동시키는 Z축 스테이지; 상기 Z축 스테이지의 전방에 고정 설치되며, 스핀들의 회전에 의해 가공물에 미세 구멍을 가공하는 방전가공부;가 구비됨을 특징으로 하는 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a micro-discharge machining apparatus for processing a micro-hole, X, Y-axis stage fixedly installed on the upper portion of the pedestal, and moving the workpiece fixed to the processing box in front, rear, left and right; It is fixed to the upper part of the X, Y-axis stage, and processing to fix the workpiece using a plurality of jig fixing holes formed at regular intervals; An electrode processing unit provided at one side of the processing box and processing the electrode into a predetermined shape with a wire; A Z-axis stage protruding from an upper portion of the pedestal, and fixedly installed at the front of the pedestal to move the discharge machining up and down; It is fixed to the front of the Z-axis stage, the discharge machining unit for processing a fine hole in the workpiece by the rotation of the spindle; provides a three-dimensional micro-discharge machining apparatus is provided.
이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention for achieving this purpose are as follows.
본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치는 도 1 내지 도 7 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.The three-dimensional micro-discharge machining apparatus applied to the present invention is configured as shown in Figs.
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.In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
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.The following terms are terms set in consideration of functions in the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the producer, and their definitions should be made based on the contents throughout the specification.
먼저, 본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치는 마이크로 미터 크기 이하로 초미세 형상을 가공하는 장치에 관한 것으로, 이의 기술적 구성에는 크게 X,Y,Z축 스테이지(20)(50), 가공함(30), 전극가공부(40) 및 방전가공부(60)로 이루어진다.First, the three-dimensional micro-discharge machining apparatus applied to the present invention relates to a device for processing an ultra-fine shape to a micrometer size or less, the technical configuration of the X, Y, Z axis stages 20, 50, processing 30, the electrode processing part 40 and the discharge processing part 60.
즉, 받침대(10)의 상부에는 후술하는 가공함(30)에 고정 설치된 가공물(1)을 전후좌우로 이동시키는 X,Y축 스테이지(20)가 구비된다.That is, the upper part of the pedestal 10 is provided with an X, Y axis stage 20 for moving the workpiece 1 fixedly installed in the processing box 30 to be described later left, right, left and right.
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.At this time, the X- and Y-axis stage, the X-axis fixed plate 21 with the piezo motor 23 and the X-axis moving plate 22 provided with the ceramic bar 24 is provided as the X-axis, the X-axis The upper portion of the copper plate 22 is characterized in that the Y-axis fixed plate 25 with the piezo motor 27 and the Y-axis moving plate 26 with the ceramic bar 28 is fixed to the Y-axis sequentially Each of the piezomotors 23 and 27 and the ceramic bars 24 and 28 are provided in a grounded state, and the ceramic bars 24 and 28 are centered around the fixed piezomotors 23 and 27. The X-axis moving plate 22 and the Y-axis moving plate 26 provided with () are configured to move at predetermined intervals.
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.In addition, one side of the X-axis fixing plate 21 and the Y-axis fixing plate 25, that is, the X-axis sensor 21a and Y-axis sensor 25a for controlling the position on the opposite side provided with the ceramic bars 24 and 28. Is further provided.
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.On the other hand, the lower four corners of the pedestal 10 is provided with a height adjusting opening 11 to adjust the horizontal level of the pedestal 10, as well as a microscope holder 13 to hang the microscope at the upper predetermined position It is provided with a protrusion. In addition, the upper portion of the pedestal 10 is provided with a support stand 12 protrudes so that the Z-axis stage 50 to be described later is fixed.
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.In addition, the present invention is fixed to the upper portion of the X, Y-axis stage 20, is provided with a processing box 30 for fixing the workpiece (1) using a plurality of jig fixing holes 31 formed at regular intervals. At this time, a hole for discharging the discharge oil is formed in one corner of the processing box 30, although not shown in the drawing.
본 발명은 또한 상기 가공함(30)의 일측에 구비되며, 와이어(48)로 전극을 일정한 모양으로 가공시키는 전극가공부(40)가 구비된다.The present invention is also provided on one side of the processing box 30, the electrode processing unit 40 for processing the electrode in a predetermined shape with a wire 48 is provided.
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.In more detail, the electrode processing unit 40 is provided at one side lower end of the body 41, and the wedge motor 42 winding the wire 48 wound around the release roller 43 to the winding roller 43a. And a flange 47 having a groove 47a formed at one side to process the electrode using the wire 48 which is provided at the other end of the body 41 and is moved, and moves at an upper predetermined position of the body 41. The guide rollers 45 are provided on the auxiliary rollers 46 and the brackets 44 to guide the wires 48, respectively.
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.In addition, in the present invention, the support base 12 protrudes on the upper portion of the pedestal 10, and the Z-axis stage 50 is fixedly installed in front of the support base 12 to move the discharge processing part 60 up and down. It is provided.
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.That is, the Z-axis stage 50, the Z-axis fixed plate 51 and the Z-axis moving plate 52 is provided, the Z-axis fixed plate 51 is a support shaft for operating the Z-axis moving plate 52 up and down The motor 53 is provided.
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.In addition, the present invention is fixed to the front of the Z-axis stage 50, it characterized in that the discharge processing unit 60 for processing a fine hole in the workpiece (1) by the rotation of the spindle 63 is provided.
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.In more detail, the discharge machining unit 60 has a spindle 63 arranged on the stationary die 64, and the spindle 63 is used to drive the spindle motor 62 fixedly installed at the upper end of the frame 61. It is characterized in that it is rotated by.
한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.On the other hand, the present invention may be variously modified and may take various forms in applying the above configuration.
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.And it is to be understood that the invention is not limited to the specific forms referred to in the above description, but rather includes all modifications, equivalents and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should be understood that.
상기와 같이 구성된 본 발명 3차원 마이크로 방전 가공 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the three-dimensional micro-discharge machining apparatus of the present invention configured as described above are as follows.
우선, 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.First, the present invention is divided into the processing by the electrode processing unit 40 and the processing unit by the discharge processing unit 60, the present invention is the electrode processing unit 40 is omitted if the electrode processing is not necessary at this time discharge processing unit ( Only 60) can be operated.
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.First, the processing method by the electrode processing unit 40, the electrode rod is fixed to the spindle 63, the spindle 63 can be operated at a predetermined position by the operation of the Z-axis stage 50 at this time. Secure it.
이와 같은 상태에서 전극가공부(40)의 구동과 XY축 스테이지(20)의 구동에 의해 전극봉을 일정한 형상으로 가공하게 된다.In this state, the electrode bar is processed into a predetermined shape by driving the electrode processing unit 40 and driving the XY axis stage 20.
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.In other words, the wire 48 wound around the release roller 43 by the wedge motor 42 is wound around the winding roller 43a, wherein the wire 48 is a guide roller installed in a plurality of brackets 44. The electrode 45 is processed by the 45 and the auxiliary roller 46 while moving from one side to the other side.
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.More specifically, as shown in FIG. 6, the electrode 48 fixed together with the spindle 63 also rotates in the direction of the arrow in the process of moving the wire 48 to one side of the arrow. As such, while the wire 48 moves while rubbing the outer circumferential surface of the electrode, the electrode is processed into a predetermined shape by selection of a resistor and a capacitor of the charge / discharge circuit. At this time, of course, it can be processed by supplying the discharge oil in the process of processing the electrode.
상기와 같이 일정한 모양의 전극봉을 가공한 후에는 방전가공부(60)를 이용하여 가공물(1)에 미세한 구멍을 형성하는 과정을 거치게 된다.After processing the electrode of a certain shape as described above is subjected to the process of forming a fine hole in the workpiece (1) by using the discharge machining (60).
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.That is, the workpiece 1 is fixed to the inside of the processing box 30, wherein a plurality of jig fixing holes 31 formed at a predetermined interval are configured to fix the position of the workpiece at a desired position at any position. In general, the workpiece 1 is fixed by using a jig (not shown in the drawing).
상기와 같이 가공물(1)을 고정시킨 상태에서 충방전 회로의 저항과 커패시터의 선택, 스핀들 회전용 모터의 방향과 속도의 선택 그리고 프로그램에 의한 가공물을 가공하게 된다.In the state in which the workpiece 1 is fixed as described above, the resistance and the capacitor of the charge and discharge circuit, the direction and the speed of the spindle rotation motor, and the workpiece are processed by the program.
본 발명은 XY축 스테이지(20)와 Z축 스테이지(50)가 동시에 작동하여 가공물(1)을 3차원으로 가공할 수 있도록 함에 특징이 있다.The present invention is characterized in that the XY-axis stage 20 and the Z-axis stage 50 can be operated simultaneously to process the workpiece 1 in three dimensions.
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.That is, the XY-axis stage 20, the Z-axis stage 50 and the electric discharge machining part 60 are operated in a preset order to process a plurality of ultra-fine holes in the workpiece 1 with a micrometer size or less.
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.In more detail, when the XY axis stage 20 is operated to work together with the processing box 30 is also connected to form a fine hole in the final workpiece (1), provided on the X-axis fixing plate 21 When the piezo motor 23 is driven, power is applied to the ceramic bar 24 so that the X-axis moving plate 22 moves back and forth, which is the X-axis, and the piezo motor 27 provided in the Y-axis fixing plate 25 is driven. In this case, power is applied to the ceramic bar 28 so that the Y-axis moving plate 26 moves to the left and right sides of the Y-axis. As a result, the workpiece 1 can be moved while the XY-axis stage 20 moves back and forth and left and right. do.
상기와 같이 XY축 스테이지(20)가 전후좌우로 이동하는 과정에서 Z축 스테이지(50)도 상하로 작동하게 된다.As described above, in the process of moving the XY axis stage 20 back, front, left, and right, the Z axis stage 50 also operates up and down.
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.That is, although not illustrated in the drawing, the Z-axis moving plate 52 of the Z-axis motor 53 is provided with the same ceramic bar as described above, and power is applied to the ceramic bar by driving the Z-axis motor 53 so that the Z-axis fixing plate 51 is provided. The Z-axis moving plate 52 is operated up and down with the center.
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.In addition, as described above, the electrode rod provided on the spindle 63 and the lower end thereof in the process of the XY-axis stage 20 and the Z-axis stage 50 interoperating with the X, Y, and Z axes is illustrated in FIGS. As shown in FIG. 2, a minute hole is processed in the workpiece 1 while being rotated by the drive of the spindle motor 62.
한편 본 발명은 상기 가공물(1)을 가공하는 과정에서도 펌프의 구동회로에 의해 방전유를 공급할 수 있도록 함은 물론이다.On the other hand, the present invention is, of course, to be able to supply the discharge oil by the drive circuit of the pump in the process of processing the workpiece (1).
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.The electrode processing unit 40 and the discharge processing unit 60 applied to the present invention are prepared for the next process after returning to the original point after the supply of the discharge oil and the electric cutoff after the operation.
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.As described in detail above, the present invention is a dedicated three-dimensional micro-discharge machining apparatus for injection molding of fine parts, and the injection molding mold three-dimensional micro-discharge machining apparatus is currently in the absence of worldwide, so that advanced processing technology can be secured in advance. In addition to the advantages of the RC circuit, while artificially controlling the pulse to increase the discharge efficiency. In addition, until now, there is almost no technology for micro mold polishing. By securing ER polishing technology, it can be applied to micro molds for injection molding to improve the precision and production quality of injection products. If the micro processing technology required in the medical industry is secured, it can create a lot of added value in the medical industry, the micro mold industry, and the information storage device.In particular, the micro nozzle processing, the printer nozzle processing, and the fine hole of the electron gun It is a very useful invention that can be applied to a variety of industries, such as processing, micro hole processing of optical cables, as well as micro gears, lens molds, cavity molds of various shapes.
도 1 은 본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치를 보인 전체 사시1 is a full perspective view showing a three-dimensional micro-discharge machining apparatus applied to the present invention
도. Degree.
도 2 는 본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치의 정면도.2 is a front view of a three-dimensional micro-discharge machining apparatus applied to the present invention.
도 3 은 본 발명에 적용된 3차원 마이크로 방전 가공 장치의 측면도.3 is a side view of a three-dimensional micro-discharge machining apparatus applied to the present invention.
도 4 는 본 발명에 적용된 X,Y축스테이지를 보인 사시도.Figure 4 is a perspective view of the X, Y axis stage applied to the present invention.
도 5 는 본 발명에 적용된 전극가공부의 사시도.5 is a perspective view of an electrode processing unit applied to the present invention.
도 6 은 본 발명에 적용된 전극가공부를 이용하여 전극을 가공하는 상태를 6 is a state of processing the electrode using the electrode processing unit applied to the present invention
보인 부분 확대 구성도. Loupe diagram shown.
도 7 의 (a)(b)는 본 발명에 적용된 전극을 이용하여 가공물에 미세 구멍을 Figure 7 (a) (b) is a fine hole in the workpiece using the electrode applied to the present invention
가공하는 상태를 보인 구성도. Diagram showing the state of processing.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10: 받침대 20: X,Y축 스테이지10: pedestal 20: X, Y axis stage
23,27,53; 피에조모터 24,28: 세라믹바23,27,53; Piezomotors 24,28: Ceramic Bars
30: 가공함 40: 전극가공부30: processing box 40: electrode processing part
50: Z축 스테이지 60: 방전가공부50: Z axis stage 60: electric discharge machining
62: 스핀들모터 63: 스핀들62: spindle motor 63: spindle
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