KR20110064502A - Wire electric discharge machine of alternating current power source providing method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 와이어 방전가공기에 관한 것으로, 특히 와이어 방전가공기에서 전압 강하를 방지하고, 입력전원의 에너지가 손실되지 않으면서도 가공품의 표면 품질 및 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 교류(Alternating Current, 이하 ‘AC’라 함.) 전원 공급 방식의 와이어 방전가공기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wire electric discharge machine, and in particular, an alternating current (hereinafter referred to as "AC") that can prevent a voltage drop in a wire electric discharge machine and improve surface quality and processing precision of a workpiece without losing energy of an input power source. '') It is related to a wire electric discharge machine of power supply type.
일반적으로 방전가공기라 함은 두 방전전극 사이에서 방전을 일으켰을 때 발생하는 전기적 작용을 이용하여 대상물을 가공하는 장치로서, 방전전극으로 총형 전극을 이용한 총형 방전가공기와 방전전극으로 와이어를 이용한 와이어 방전가공기 등 다양한 타입이 있다.In general, the electric discharge machine is a device for processing an object by using an electrical action generated when a discharge is generated between two electric discharge electrodes, a total electric discharge machine using a total electrode as a discharge electrode and a wire electric discharge machine using a wire as a discharge electrode. There are various types.
한편, 이와 같은 방전가공기는 대상물의 가공속도와 가공면의 거칠기가 방전전극간에 인가되는 방전전원의 크기에 따라 달라지기 때문에 상기 방전전극간에 인가되는 방전전원의 크기를 미세하게 제어할 수 있는 방전전원 제어장치를 반드시 구비하여야 한다.On the other hand, such a discharge processor has a discharge power that can finely control the size of the discharge power applied between the discharge electrodes because the processing speed of the object and the roughness of the processing surface vary depending on the size of the discharge power applied between the discharge electrodes. Control devices must be provided.
방전가공기들 중 와이어 방전가공기에서는 치수 정도와 표면조도 향상을 위 해서 보통 4차 가공까지 실시하고 있는데, 현재 방전가공기의 가공 성능을 살펴보면 1차 가공은 황삭가공에 해당하며 표면조도 Ra(표면 거칠기) 약 3um이고 2차 가공은 중삭가공으로 표면조도는 Ra 2um이다. 3차, 4차 가공이 정삭가공에 해당하며, 3차 가공시 표면조도는 약 Ra 1um이고 4차 가공시 표면조도는 약 Ra 0.7um이다.Among the electric discharge machines, the wire electric discharge machine usually performs the 4th machining to improve the dimensional accuracy and the surface roughness. Looking at the machining performance of the electric discharge machining, the first machining is roughing and the surface roughness Ra (surface roughness) It is about 3um and the secondary processing is medium cutting and the surface roughness is Ra 2um. The 3rd and 4th machining is the finishing, the surface roughness is about Ra 1um and the surface roughness is about Ra 0.7um during the 4th machining.
이와 같이 4차 가공시 표면조도가 약 Ra 0.7um로 가공되는 와이어 방전가공기의 구성은 도 1과 같이 도시할 수 있다. As such, the configuration of the wire electric discharge machine in which the surface roughness is processed to about Ra 0.7 μm in the fourth processing may be illustrated in FIG. 1.
도 1을 참조하면, 가변저항(100)을 병렬로 연결하고 저항값을 가변시켜 방전전극 간에 흐르는 가공 전류를 조절하여 원하는 가공 표면조도를 맞추도록 한다. 이때, 가공 전류는 작게 흐를수록 가공 표면조도가 좋기 때문에 가변저항(100)의 저항값을 크게 할수록 방전전극 간에 흐르는 가공 전류가 작아져 가공 표면조도는 향상시킬 수 있게 된다.Referring to FIG. 1, the
그런데, 저항을 일정값 이상 크게 하면 방전전극 간에 인가되는 전압이 작아져 방전이 발생하지 않게 되는 문제가 있어 저항을 무한정 크게 하여 전류를 작게 할 수 없다.However, when the resistance is increased by more than a predetermined value, there is a problem that the voltage applied between the discharge electrodes is small and discharge does not occur. Therefore, the resistance cannot be increased indefinitely and the current cannot be reduced.
이에 따라 가변 저항에 의한 극간 전압 강하를 보상하기 위해 인가전압 (V)를 증가시키게 되면 가공 전류가 증가하게 되어 가공 표면조도가 좋지 않게 된다. 이로 인해 인가전압(V)와 가변저항값의 적정 값을 찾아 실시한 결과 전류 제한용 저항의 최대값은 약 100Ω 정도이며, 인가전압을 80V로 할 경우 방전전극 간에 흐르는 전류는 약 0.8A 가 된다.Accordingly, when the applied voltage (V) is increased to compensate the voltage drop between the poles due to the variable resistor, the machining current increases, resulting in poor surface finish. As a result, a suitable value of the applied voltage (V) and the variable resistance value is found. The maximum value of the current limiting resistor is about 100 Ω. When the applied voltage is 80 V, the current flowing between the discharge electrodes is about 0.8 A.
이와 같이 방전전극 간에 흐르는 전류는 약 0.8A이 되는 경우 표면조도는 최 대 Ra 0.7um 수준이다.As such, when the current flowing between the discharge electrodes is about 0.8A, the surface roughness is the maximum Ra 0.7um level.
상기의 도 1과 같이 방전전극 간에 흐르는 전류의 방향이 가공 대상물(103)에서 와이어(104) 방향 또는 와이어(104)에서 가공 대상물(103) 방향 즉, 한쪽 방향으로 흐르는 방식을 직류(DC; Direct Current) 전원 공급 방식이라고 한다.As shown in FIG. 1, a direct current flows in a direction in which the current flowing between the discharge electrodes flows in the direction of the
그런데, 점점 표면조도를 향상시키는 기술이 개발되면서, 4차 가공 표면조도가 Ra 0.7um보다 더 작은 값인 Ra 0.3um 이하로 되도록 하는 회로가 개발되었다.However, as the technology for improving the surface roughness was developed, a circuit was developed such that the fourth processing surface roughness was less than Ra 0.3um, which is smaller than Ra 0.7um.
4차 가공 표면조도가 Ra 0.3um 이하로 되도록 하는 와이어 방전가공기는 도 2와 같이 도시할 수 있다.The wire electric discharge machining machine to make the fourth processing surface roughness Ra 0.3um or less may be illustrated in FIG. 2.
도 2를 참조하면, 방전전극 간에 가변저항의 구성을 없애고, 링코어 인덕턴스(200)를 삽입하였다. 또한, DC 입력전원을 MOSFET(Tr)을 사용하여 1MHz로 스위칭하여 방전전극 간에 인가되는 전원의 온(ON) 시간을 0.5 us로 제한하였다.2, the configuration of the variable resistor between the discharge electrodes is removed, and the
이렇게 함으로써 방전전극 간에 흐르는 전류량을 제한하고, 전원전압(V) 값을 변화시켜 가공전류를 다양하게 변화시킴으로써 다양한 두께의 소재에 대하여 가공이 가능하게 하였고 4차 가공 표면조도를 Rmax 0.8~2.5um(Ra 환산 시 약 Ra 0.2~0.3um)가 되도록 하였다.In this way, the amount of current flowing between the discharge electrodes is limited, the power supply voltage (V) is changed, and the processing current is varied to enable processing for materials of various thicknesses, and the fourth processing surface roughness is Rmax 0.8 ~ 2.5um ( In the case of Ra, about Ra 0.2 ~ 0.3um).
그런데, 도 2와 같이 링코어(200)를 사용하는 경우에는 입력전원의 에너지가 실제 가공에 사용되는 것은 불과 10% 정도이고, 나머지 90%의 에너지는 링코어(200)에서 열로 손실되는 문제가 있었다. 따라서, 링코어(200)의 열을 냉각하기 위하여 수냉식 구조로 링코어를 제작할 수 밖에 없었다.However, when the
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하여 와이어 방전가공기에서 전압 강하를 방지하고, 입력전원의 에너지가 손실되지 않으면서도 가공품의 표면 품질 및 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 와이어 방전가공기를 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to solve the problems described above to prevent the voltage drop in the wire electric discharge machine, to provide a wire electric discharge machine that can improve the surface quality and processing precision of the workpiece without losing energy of the input power source do.
이를 위한 본 발명에 따른 와이어 방전가공기는, DC 전원을 공급하는 전원부(330)와, 상기 전원부(330)와 연결되고, 공진회로(310)에서 소정 공진 주파수로 공진이 발생하도록 스위칭하는 스위칭부(320)와, 상기 스위칭부(320)와 연결되고, 인덕턴스와 캐패시턴스를 이용한 직병렬 회로로 구성되고, 상기 소정 공진 주파수에서 최소 방전 전류를 출력하는 공진회로(310)와, 상기 공진회로(310)와 연결되고, 상기 AC 전원의 크기를 소정 크기만큼 증폭시켜 가공 대상물(340)을 가공하기 위한 방전전극(341, 351)으로 공급하는 증폭회로(300)를 포함하고, 상기 스위칭 회로(320), 공진회로(310), 증폭회로(300)를 사용하여 상기 전원부(330)로부터 공급되는 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 상기 방전전극(341, 351)간에 공급하는 것을 특징으로 한다.The wire discharge processing machine according to the present invention for this purpose, the
또한, 본 발명의 일례에 따라 상기 스위칭부(320)는, 스위칭을 통해 상기 공진회로(310)에서 이용되는 공진 주파수를 생성하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to an example of the present invention, the
또한, 본 발명의 일례에 따라 상기 전원부(330)는, 가변 전원으로 구성하여 가공 대상물(340)의 종류와 두께에 따라 인가 전압을 선택할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to an example of the present invention, the
이상과 같은 본 발명에 따른 와이어 방전가공기에는 가공 대상물의 표면 조도 개선을 위해 교류고주파를 발생하는 공진형 증폭회로를 구비하여 기존과 같이 저항구성을 사용하지 않음으로써 종래의 와이어 방전가공기에서 발생하였던 문제점인 저항에 의한 전압강하 문제를 해결할 수 있게 되었다.The wire discharge processing machine according to the present invention as described above is provided with a resonant type amplifier circuit for generating an alternating frequency to improve the surface roughness of the object to be processed and does not use a resistance configuration as in the conventional wire discharge processing machine problems that occurred The problem of voltage drop caused by phosphorus resistance can be solved.
또한, 에너지 손실없이 방전전극으로 가공전류를 최대한으로 전달하기 위해 소정 공진 주파수로 스위칭하도록 함으로써 기존과 같이 링코어 사용에 따라 발생하는 에너지 손실 문제를 해결할 수 있게 되었다.In addition, it is possible to solve the energy loss problem caused by the use of the ring core by switching to a predetermined resonance frequency in order to deliver the maximum processing current to the discharge electrode without energy loss.
또한, 인가 전압값을 소정 범위 내에서 선택할 수 있도록 함으로써 가공 대상물인 소재의 종류와 두께에 따라 적절한 가공 조건을 생성할 수 있게 되어 원하는 치수의 표면조도를 달성할 수 있는 이점이 있다.Further, by allowing the applied voltage value to be selected within a predetermined range, it is possible to generate suitable processing conditions according to the type and thickness of the material to be processed, thereby achieving the surface roughness of a desired dimension.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 방전가공기에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings to be described in detail with respect to the wire electric discharge machine according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명에서는 방전전극들 중 일측 방전전극에는 가공 대상물이 연결되고, 다른 측 방전전극에는 와이어로 이루어지는 와이어 방전가공기에서 방전전극 간에 흐르는 전류의 방향이 가공 대상물에서 와이어 방향과 와이어에서 가공 대상물 방향으로 번갈아가며 바뀌는 AC 전원 공급 방식의 와이어 방전가공기를 구현한다.In the present invention, the object to be processed is connected to the discharge electrode on one side of the discharge electrode, the direction of the current flowing between the discharge electrode in the wire discharge machine consisting of a wire to the other side discharge electrode alternately in the direction of the wire on the object and the direction of the object on the wire It implements a wire discharge machine of AC power supply system that is changed over and over.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 AC 전원 공급 방식의 와이어 방전가공기를 나타낸 구성도이다. 도 3을 참조하면, AC 전원 공급 방식의 와이어 방전가공기는 전원부(330), 스위칭회로(320), 공지회로(310), 증폭회로(300), 일측의 방전전극(351)에 와이어(351)가 연결되고, 타측의 방전전극(341)에 가공할 가공 대상물(340)이 연결된다.3 is a block diagram showing a wire discharge processing machine of the AC power supply method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the wire discharge processor of the AC power supply method includes a
스위칭 회로(320)는 전원부(330)와 연결되고, 공진회로(310)에서 소정 공진 주파수로 공진이 발생하도록 스위칭한다. 이때, 본 발명의 실시 예에서 공진 주파수 크기는 공진회로(310)에서 최소 방전 전류를 출력할 수 있을 정도의 주파수 크기로 설정하면 되는데, 가장 이상적인 값으로는 1MHz가 될 수 있다.The
공진회로(310)는 상기 스위칭부(320)와 연결되고, 인덕턴스와 캐패시턴스를 이용한 직병렬 회로로 구성되고, 스위칭 회로(320) 동작에 의해 소정 공진 주파수로 공진이 발생하고, 발생된 공진 주파수에서 최소 방전 전류를 출력한다.The
증폭회로(300)는 상기 공진회로(310)와 연결되고, 상기 AC 전원의 크기를 소정 크기만큼 증폭시켜 가공 대상물(340)을 가공하기 위한 방전전극(341, 351)으로 공급한다.The amplifying
상기 스위칭 회로(320), 공진회로(310), 증폭회로(300)를 사용하여 상기 전원부(330)로부터 공급되는 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 상기 방전전극(341, 351) 간에 공급한다. 이에 따라 방전전극(341, 351) 간 전류는 한번은 가공 대상물(340)에서 와이어(351)로 다음은 와이어(351)에서 가공 대상물(340)로 전류가 교번하면서 흐르게 되는 AC 전원 공급 방식으로 공급된다.The DC power supplied from the
이와 같이 방전전극(341, 351) 간에 AC 전원을 공급하게 되면, 절연 회복에 필요한 가공 오프(OFF) 시간을 크게 줄일 수 있어 고주파 전원으로 가공이 가능하게 된다.When the AC power is supplied between the
방전전극(341, 351)으로 인가되는 가공 전류와 공진주파수의 개략적인 함수 관계는 하기의 <수학식 1>과 나타낼 수 있다.A rough function relationship between the processing current applied to the
본 발명에서는 가변저항 구성을 사용하지 않기 때문에 저항(R) 값은 0이 되므로, 전류는 인덕턴스 L과 캐패시턴스 C와 인가전압 V에 의해서 결정된다. 인덕턴스 L과 캐패시턴스 C를 이용한 직병렬 공진 회로(310)를 사용하여 소정의 공진 주파수에서 최대전류가 1A 이하의 약한 가공 전류가 방전전극(220, 230)으로 전달되도록 회로를 설계한다. 이때, 공진 주파수는 가공 전류가 1A 이하가 되는 공진 주파수를 사용하도록 한다.In the present invention, since the variable resistor configuration is not used, the value of the resistor R becomes zero, so the current is determined by the inductance L, the capacitance C, and the applied voltage V. The circuit is designed such that a weak processing current with a maximum current of 1 A or less is transmitted to the discharge electrodes 220 and 230 using a series-
본 발명의 와이어 방전가공기는 저항을 사용하지 않기 때문에 종래와 같이 저항 사용에 의해 발생하는 극간전압 강하 문제를 해결할 수 있다.Since the wire electric discharge machine of the present invention does not use a resistor, it is possible to solve the problem of voltage drop caused by the use of a resistor as in the related art.
또한, 본 발명의 와이어 방전가공기에서는 공진회로(310)의 인덕턴스 L과 캐패시턴스 C 값이 고정이므로, 전원부(330)의 인가전압(V)에 의해 가공 전류값이 결정된다.In addition, since the inductance L and the capacitance C values of the
또한, 본 발명에서는 에너지 손실없이 가공 전류를 최대한 전달하기 위해서 공진 주파수로 스위칭하는 것이 중요한데, 바람직하게는 1Mhz의 공진 주파수로 스위칭하는 것이 바람직하다. 하지만, 공진 주파수 크기를 1Mhz로 한정되는 것은 아니고, 가공 전류가 1A 이하의 값을 가질 수 있도록 공진 주파수가 발생하도록 설계하도록 한다.In addition, in the present invention, it is important to switch to the resonant frequency in order to transfer the processing current to the maximum without loss of energy, and preferably to the resonant frequency of 1Mhz. However, the size of the resonance frequency is not limited to 1 Mhz, and the resonance frequency is designed to occur so that the processing current may have a value of 1 A or less.
이와 같이 함으로써 본 발명에서는 종래의 와이어 방전가공기에서 에너지 효율이 높아 문제가 되었던 에너지 손실 문제를 해결할 수 있다. 또한, 상기와 같이 공진 주파수를 1Mhz로 스위칭하는 경우 소비전력은 약 50W가 되고, 가공 대상물(340)의 표면 거칠기(Ra)는 0.2~0.3um의 4차 가공 표면조도를 달성할 수 있다.By doing so, the present invention can solve the energy loss problem, which is a problem due to high energy efficiency in the conventional wire electric discharge machine. In addition, when switching the resonance frequency to 1Mhz as described above, the power consumption is about 50W, the surface roughness (Ra) of the object to be processed 340 can achieve a fourth-order surface roughness of 0.2 ~ 0.3um.
와이어 방전가공기는 다양한 소재 종류와 두께를 가공할 수 있어야 하며 이를 위해서 본 발명에 따른 와이어 방전가공기의 회로 요소 2가지를 조합하여 소재의 종류와 두께에 알맞은 가공 조건을 생성할 수 있다. Wire electric discharge machine should be able to process a variety of material types and thickness for this purpose can be combined with the two circuit elements of the wire electric discharge machine according to the present invention can create a processing condition suitable for the type and thickness of the material.
즉, 가공 대상물(340)의 종류와 두께에 따라 전원부(330)에서 인가되는 인가전압(V) 값을 조절하여 가공할 수 있다.That is, the applied voltage V applied from the
예를 들어, 인가전압 값을 하기의 <표 1>과 같이 50~200V 전압의 범위에서 10V 단위로 16가지 레벨로 설정할 수 있다.For example, the applied voltage values may be set to 16 levels in 10V units in the range of 50 to 200V voltage as shown in Table 1 below.
즉, 가공하고자 하는 가공 대상물의 종류와 두께에 따라 상기의 <표 1>에 정의된 16가지의 레벨 중 하나의 인가전원을 사용할 수 있다.That is, depending on the type and thickness of the object to be processed, one of the 16 levels defined in Table 1 may be used.
황삭(1차) 가공과 중삭(2차) 가공 완료 후 정삭 가공인 3차 가공부터 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 방전가공기를 이용하여 가공할 수 있다.After the roughing (primary) processing and the medium cutting (secondary) processing is completed, the third processing, which is the finishing process can be processed using a wire electric discharge machine according to an embodiment of the present invention.
가공 대상물의 두께에 따라 가공 속도가 달라지므로 두께에 따라 인가 전압을 변경하여 3차 가공을 하게 되면 다양한 소재 종류와 두께에 따른 가공이 가능하다.Since the processing speed varies according to the thickness of the object to be processed, if the applied voltage is changed according to the thickness and the third process is performed, it can be processed according to various material types and thicknesses.
예를 들어, 40mm 스틸(Steel) 소재의 경우 3차 가공은 100V를 인가하고, 4차 가공 시는 50V를 인가하여 가공하게 되면, 가공 결과 가공 대상물의 표면 거칠기는 Ra 0.3um 이하의 표면조도를 얻을 수 있다.For example, in the case of 40mm steel material, if the 3rd processing is applied with 100V and the 4th processing is applied with 50V, the surface roughness of the processed object is less than Ra 0.3um. You can get it.
상기한 본 발명의 실시 예에 따른 와이어 공진가공기에서는 표면조도 개선을 위해 교류고주파를 발생하는 공진형 증폭회로를 추가하여 표면조도 Ra 0.3um 이하를 달성할 수 있다.In the wire resonator according to the embodiment of the present invention, a surface roughness Ra of 0.3 μm or less can be achieved by adding a resonance type amplifying circuit for generating AC high frequency to improve surface roughness.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다. In the above, the specific Example of this invention was described above. However, the spirit and scope of the present invention is not limited to these specific embodiments, and various modifications and variations can be made without departing from the spirit of the present invention. Those who have it will understand.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Therefore, since the embodiments described above are provided to completely inform the scope of the invention to those skilled in the art, it should be understood that they are exemplary in all respects and not limited. The invention is only defined by the scope of the claims.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 와이어 방전가공기를 나타낸 구성도.1 and 2 is a configuration diagram showing a wire electric discharge machine according to the prior art.
도 3은 본 발명에 따라 AC 전원 공급 방식의 와이어 방전가공기를 나타낸 구성도.Figure 3 is a block diagram showing a wire discharge processing machine of the AC power supply method according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따라 AC 전원 공급 방식의 와이어 방전가공기를 통해 가공된 가공 표면조도 계측 결과를 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing the surface roughness measurement results processed through a wire electric discharge machine of the AC power supply method according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
300: 증폭회로 310: 공진회로300: amplification circuit 310: resonant circuit
320: 스위칭 회로 330: 전원부320: switching circuit 330: power supply
340: 가공 대상물 350: 와이어340: processing object 350: wire
341, 351: 방전전극341, 351: discharge electrode
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