KR20130044428A - 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치 및 절삭가공방법 - Google Patents

기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치 및 절삭가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피공작물을 목적하는 형태로 방전가공 및 기계적 밀링가공을 융합하여 절삭하기 위한 하이브리드 절삭가공장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 스핀들에 장착되어 회전하는 엔드밀과 상기 엔드밀과 접촉되어 절삭가공되는 피공작물에 플러스 전극 또는 마이너스 전극을 각각 인가함으로써 다수개의 절삭날부와 상기 절삭날부 사이의 홈저면에서 기계적 절삭가공 및 방전가공이 교번 수행하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 스핀들에 장착되어 회전하며 피공작물을 절삭가공하는 엔드밀과; 상기 피공작물이 안착되는 작업테이블과; 상기 엔드밀 및 피공작물 간에 전원을 공급하여 엔드밀과 피공작물 사이에 방전가공이 수행되도록 하는 전원공급부와; 상기 전원공급부의 공급전원 인가여부를 제어하며 피공작물과 엔드밀 간의 간극을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지되, 상기 엔드밀은 축선방향으로부터 비틀어지도록 돌출형성되는 다수의 절삭날부와, 다수의 절삭날부 사이에 홈부형태로 형성되는 홈저면으로 이루어져 엔드밀의 회전시 순차적으로 일정 시간 간격으로 접하는 다수의 절삭날부가 피공작물을 절삭하고 절삭날부 간의 홈저면에서는 피공작물에 방전가공이 이루어진다.

Description

기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치 및 절삭가공방법{The Merged Mechanical Milling and EDM Hybrid Cutting Apparatus and Its Cutting Method}
본 발명은 피공작물을 목적하는 형태로 방전가공 및 기계적 밀링가공을 융합하여 절삭하기 위한 하이브리드 절삭가공장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 스핀들에 장착되어 회전하는 엔드밀과 상기 엔드밀과 접촉되어 절삭가공되는 피공작물에 플러스 전극 또는 마이너스 전극을 각각 인가함으로써 다수개의 절삭날부와 상기 절삭날부 사이의 홈저면에서 기계적 절삭가공 및 방전가공이 교번 수행하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치에 관한 것이다.
일반적으로 금속 표면 가공에는 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.
또 다른 표면 가공 방법으로는 전기 방전 기계가공(EDM)이 있는데, 이 기술은 피공작물 표면 위에 정확히 이동되는 전극 절삭장치를 가지며 가열된 전극은 피공작물을 선택적으로 용융-에칭 또는 삭마시킨다.
전극 절삭 장치는 버터를 통과하는 고온 나이프처럼 조직화될 표면을 용융시키는 와이어 또는 헤드(테이퍼형 절삭 연장부를 갖는)일 수 있다. 표면 조직화 메커니즘은 단순한 용융이 아니다.
사실상 갭의 전압이 피공작물 표면에 위치한 유전체 유체(냉매)를 이온화시키도록 전극과 피공작물 표면 간 공간이 될 때까지 전극이 피공작물 표면을 향해 움직인다.
이온화는 스파크가 전극으로부터 피공작물 표면으로 통과하게 한다. EDM은 초당 50,000번 이상, 특히 100,000번 이상, 더더욱 250,000번 이상의 방전을 하도록 스파크 방전을 일으킴으로써 작동한다. 스파크는 갭을 가로질러 피공작물 표면상의 최근 또는 최고 장소까지 최단거리를 이동한다.
각 스파크에 의해 표면으로부터 제거된 재료의 양은 각 펄스에서 에너지의 양에 비례한다. 각 스파크는 작업편 표면의 작은 영역을 용융, 삭마 또는 증발시킨다.
증발된 물질은 유전체 유체(방전유, 절연유)에서 냉각된다. 제거된 물질(절삭 찌꺼기)은 유전체의 이동에 의해 표면에서 제거된다. 전극을 정확히 위치시키고 방전된 에너지의 양을 조절함으로써 전극 이동 패턴에 따라 피공작물 표면이 정확히 가공될 수 있다.
이와 같은 기계적 밀링 가공의 경우 작업 후 표면의 거칠기는 낮으며 절삭가공 속도가 높아 완성도가 높으나, 고경도의 피공작물을 가공하는 것이 어려우며 방전 가공의 경우 고경도의 피공작물 가공이 가능하나 절삭가공 속도가 기계적 밀링가공보다 떨어지고 표면의 거칠기가 높아 결과물의 작업 신뢰도가 저하되는 단점이 있다.
이에 따라 가공되는 피공작물의 재질 특성이나 가공 목적 패턴에 따라 선택적으로 기계 가공 또는 방전 가공을 채택하였으나, 절삭가공 속도가 우수하고 표면 거칠기가 낮은 금속 표면 가공 방법의 개선이 요구된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 스핀들에 장착되어 회전하는 엔드밀과 상기 엔드밀과 접촉되어 절삭가공되는 피공작물에 플러스 전극 또는 마이너스 전극을 각각 인가함으로써 다수개의 절삭날부와 상기 절삭날부 사이의 홈저면에서 기계적 절삭가공 및 방전가공이 교번 수행되도록 함에 따라 절삭 속도를 향상시키고 절삭 표면의 거칠기를 감소시키는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 스핀들에 장착되어 회전하며 피공작물을 절삭가공하는 엔드밀과; 상기 피공작물이 안착되는 작업테이블과; 상기 엔드밀 및 피공작물 간에 전원을 공급하여 엔드밀과 피공작물 사이에 방전가공이 수행되도록 하는 전원공급부와; 상기 전원공급부의 공급전원 인가여부를 제어하며 피공작물과 엔드밀 간의 간극을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지되, 상기 엔드밀은 축선방향으로부터 비틀어지도록 돌출형성되는 다수의 절삭날부와, 다수의 절삭날부 사이에 홈부형태로 형성되는 홈저면으로 이루어져 엔드밀의 회전시 순차적으로 일정 시간 간격으로 접하는 다수의 절삭날부가 피공작물을 절삭하고 절삭날부 간의 홈저면에서는 피공작물에 방전가공이 이루어진다.
여기서 상기 스핀들 또는 작업테이블은 전, 후, 좌, 우 및 상, 하로 이동가능하도록 구동수단과 결합되며, 상기 제어부는 상기 구동수단의 동작 수행을 제어하며, 상기 전원공급부는 피공작물의 재질에 따라 피공작물 또는 엔드밀에 인가하는 전극의 극성이 설정되고, 상기 엔드밀은 초경합금 또는 고속도강 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명에 따른 절삭가공방법은 작업테이블 상부의 스테이지 상에 피공작물이 안착되는 제 1단계와; 상기 피공작물 상부측에 축선방향으로부터 비틀어지도록 돌출형성되는 다수의 절삭날부와, 다수의 절삭날부 사이에 홈부형태로 형성되는 홈저면으로 이루어지는 엔드밀이 장착된 스핀들이 배치되는 제 2단계와; 제어부의 제어에 의해 전원공급부가 상기 엔드밀 및 피공작물에 각각 플러스 전극 또는 마이너스 전극을 인가하는 제 3단계와; 상기 엔드밀이 피공작물에 접촉하여 회전하되 절삭날부 접촉시에는 피공작물이 기계적으로 절삭되고 절삭날부의 비접촉시에는 피공작물이 방전가공되는 제 4단계;를 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 제 4단계는 엔드밀과 피공작물이 목적하는 절삭부위로 접촉하도록 스핀들 또는 작업테이블이 전, 후, 좌, 우 및 상, 하로 이동가능하도록 구동수단과 결합되며, 상기 제어부에 의해 상기 구동수단의 동작 수행이 제어된다.
아울러 제 3단계에서 인가되는 전원공급부의 전극 극성은 피공작물의 재질에 따라 설정되며, 상기 엔드밀은 초경합금 또는 고속도강 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 종래 엔드밀을 통한 기계 절삭가공 방법 및 방전절삭가공의 장단점을 절충하여 표면거칠기는 밀링 가공 수준으로 유지시키면서 절삭가공속도 즉, 재료제거율은 방전 가공보다 대폭 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 엔드밀과 피공작물 간에 가공모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치의 방전파형을 오실로스코프로 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치와 방전 가공 및 기계 가공에 절삭된 모습을 각각 나타내는 사진 및 표면 거칠기를 그래픽화한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치를 통해 알루미늄재질로 이루어지는 피공작물에 각각 플러스 전극 및 마이너스 전극을 인가하여 나타나는 절삭사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치를 통해 절삭가공하는 방법을 나타내는 순서도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치에 대해 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 엔드밀과 피공작물 간에 가공모습을 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치(100)는 스핀들(10)에 장착되어 회전하며 피공작물(60)을 절삭가공하는 엔드밀(20)과, 상기 피공작물(60)이 안착되는 작업테이블(30)과, 상기 엔드밀(20) 및 피공작물(60) 간에 전원을 공급하여 엔드밀(20)과 피공작물(60) 사이에 방전가공이 수행되도록 하는 전원공급부(40)와, 상기 전원공급부(40)의 공급전원 인가여부를 제어하며 피공작물(60)과 엔드밀(20) 간의 간극을 제어하는 제어부(50)로 이루어진다.
여기서 상기 스핀들(10)은 선반ㆍ드릴링 머신 등의 공작기계의 기계 부품의 하나로서 축단(軸端)부에 공작물 또는 절삭 공구가 장착되며 회전축 또는 주축(主軸)이라고도 한다.
이와 같은 상기 스핀들(10)에는 피공작물(60)을 절삭하기 위한 엔드밀(20)이 장착되는데, 상기 엔드밀(20)은 엔드밀링 커터라고도 하는데, 외관이 드릴과 비슷하나 드릴은 구멍 내기 가공에만 사용되는데 비하여 엔드밀은 밑면과 옆면이 날로 되어 있기 때문에 피공작물의 평면 및 옆면을 가공할 수 있다.
이러한 상기 엔드밀(20)은 축선방향으로부터 비틀어지도록 돌출형성되는 다수의 절삭날부(21)와, 다수의 절삭날부(21) 사이에 홈부형태로 형성되는 홈저면(22)으로 이루어져 엔드밀(20)의 회전시 순차적으로 일정 시간 간격에 의해 접하는 다수의 절삭날부(21)가 피공작물(60)을 절삭한다.
여기서 상기 절삭날부(21)는 회전방향에 따라 피공작물(60)에 접하는 돌출 능선을 형성하는 외주날(21a)과, 상기 외주날(21a)과 회전방향에 따라 후방측에 형성되는 돌출 평탄면인 릴리프면(21b)과, 상기 외주날(21a)과 전방측 홈저면(22) 간을 연결시키며 엔드밀(20)의 회전 방향에 따라 피공작물(60)의 절삭면에 대향되는 벽면을 형성하는 절삭면(21c)으로 이루어진다.
본 발명에 따른 절삭가공장치에서는 엔드밀(20)의 절삭날부(21)를 통한 기계 절삭가공 및 전원공급부(40)의 엔드밀(20), 피공작물(60)의 전원 인가를 통한 방전가공이 이루어지는데, 이러한 기계 가공 및 방전 가공이 엔드밀(20)의 절삭날부(21)와 홈저면(22)에서 발생된다.
즉, 전원공급부(40)의 전원 인가가 엔드밀(20)과 피공작물(60)에 계속적으로 이루어지는 상태에서 엔드밀(20)의 절삭날부(21)가 피공작물(60)의 절삭면과 접하는 경우에는 간극이 형성되지 않아 방전이 발생되지 않음에 따라 기계 가공이 수행되고, 절삭날부(21)의 릴리프면(21b)을 통과한 후 피공작물(60)의 절삭면과 홈저면(22)이 대향되는 시점에서는 간극 형성에 따라 방전이 발생됨으로써 방전 가공이 수행된다.
이러한 방전 가공으로 피공작물(60)의 절삭부위에 어느 정도 용융이 이루어진 상태에서 후속으로 기계 가공이 이루어지게 되어 절삭 속도가 대폭 향상되게 되며, 방전 가공에 이은 기계 가공 수행으로 절삭면 또한 표면 거칠기(Ra)가 향상되는 것이다.
한편 상기 엔드밀(20)은 전원공급부(40)로부터 전원 인가를 받을 수 있으며, 기계 절삭가공이 가능하도록 초경합금 또는 고속도강 재질로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 초경합금은 경도가 다이아몬드에 가까울 정도로 극히 높고, 고온에서 내산화성이 뛰어나다.
이러한 절삭공구로서의 초경합금은 피공작물의 종류에 따라서 P, M, K의 3종류로 분류한다. 예컨대, 강의 경우에는 P가, 스테인리스강의 경우에는 M이, 그리고 주철의 경우에는 K가 쓰인다. 기호 다음의 숫자가 크면 인성(靭性)이 뛰어나고, 숫자가 작아질수록 내마모성ㆍ내열성이 커지므로 가공조건에 따라 적절한 공구를 선택해서 사용할 수 있다.
아울러 고속도강은 금속재료를 빠른 속도로 절삭하는 공구에 사용되는 특수강으로 표준조성은 텅스텐 18%, 크로뮴 4%, 바나듐 1%이며, 이것이 ‘18-4-1’ 고속도강이며, 이러한 고속도강을 줄여서 하이스라고도 한다.
또한 상기 초경합금 및 고속도강은 기존의 여타 공구에 비해 내열성이 우수하여 방전 가공시 발생되는 열에 내구성이 뛰어나 본 발명에 따른 엔드밀(20)의 재질로 보다 바람직한 것이다.
아울러 엔드밀(20)로 초경합금 또는 고속도강에 강도를 향상시키는 도포물질로 코팅시키거나 다이아몬드 분말을 엔드밀(20) 외부면에 도포시킬 수 있다.
한편 상기 전원공급부(40)는 상기 엔드밀(20) 및 피공작물(60) 간에 충전 전원을 공급하여 엔드밀(20)과 피공작물(60) 사이에 방전가공이 수행되도록 구비되는데, 이러한 전원공급부(40)의 내부 구성은 도 1에 도시된 바와 같이 커패시터가 구비되어 만충전된 전압이 엔드밀(20)과 피공작물(60) 간에 공급되어 방전이 발생된 후 다시 커패시터에 재충전하는 순환구성을 가진다.
이러한 전원공급부(40)의 전원 공급 구성은 방전 가공기술에서 공지된 것이므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.
아울러 전원공급부(40)에서 커패시터(C) 플러스(+)단과 R3의 전압 간의 전압차를 제어부(50)의 비교기(51, Comparator)를 통해 검출하고 간극제어기(52)에서 이를 전달받아 적절한 방전 간극을 위해 필요한 엔드밀(20) 또는 피공작물(60) 중 어느 하나의 이동 거리를 계산함으로써 작업테이블(30) 또는 스핀들(10)의 X, Y, Z축 이동을 수행한다.
이때 피공작물(60)과 엔드밀(20)에 인가되는 전원은 교류전원이므로 절삭날부(21)와 피공작물(60) 간이 접촉하여 기계적 밀링가공이 이루어지는 경우에는 커패시터(C)가 쇼트(Short)되어 비교기의 플러스(+)단에 접지전극이 검출되고 마이너스(-)단에는 R3전압(인가전압×(R3/R1+R2))이 검출될 것이다.
이후 어느 하나의 절삭날부(21)와 타 절삭날부(21) 간의 간극 발생 구간에서는 커패시터(C)에 방전 전압이 형성되고 이러한 방전 전압은 비교기의 플러스(+)단에 검출될 것이며 이러한 방전 전압과 R3의 전압간의 차가 비교기(51)에 검출되어 검출되는 검출치를 통해 적절한 간극이 이루어지고 있는지 간극제어기(52)에서 분석하게 된다.
예를 들어 R3의 전압만이 검출되는 구간(절삭날부와 피공작물 간이 접촉하는 구간)이 발생되지 않거나 커패시터(C) 전압과 R3의 전압 간의 차가 설정범위를 벗어나 경우 엔드밀(20)과 피공작물(60)이 적절한 간극 범위를 벗어난 것으로 판단하여 스핀들(10) 또는 작업테이블(30)을 이동시켜 적절한 간극 범위 내로 제어하는 것이다.
이러한 작업테이블(30) 또는 스핀들(10)의 축이동은 엔드밀(20) 또는 피공작물(60)을 전, 후, 좌, 우, 상, 하로 이동시키는 구동수단(70)이 별도로 구비되어 제어부(50)의 간극 조절 제어에 따라 구동수단이 구동되어 작업테이블(30)이 이동하거나 스핀들(10)이 이동하게 된다.
이러한 구동수단을 통한 X, Y, Z축 상으로의 작업테이블(30) 또는 스핀들(10) 이동 구조는 공지된 기술이므로 별도의 구체적 설명은 생략하도록 한다.
한편 상기 제어부(50)는 전술한 바와 같이 상기 전원공급부(40)의 공급전원 인가여부를 제어하며 피공작물(60)과 엔드밀(20) 간의 간극을 제어하도록 구비되는데, 이러한 간극 제어는 전술한 바와 같이 비교기(51)를 통해 검출된 전압차를 전달받아 간극제어기(52)가 분석하여 절삭 정도에 따라 스핀들(10) 또는 피공작물(60)의 이동 제어가 이루어진다.
아울러 필요에 따라 비교기(51) 또는 간극제어기(52)의 제어 구성없이 커패시터(C) 용량이나 인가 전원의 전압에 따라 결정되는 방전 특성에 의해 제어부(50)에서 설정된 작업테이블(30) 또는 스핀들(10)의 이동 속도 제어가 이루어질 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치의 방전파형을 오실로스코프로 측정하여 나타낸 그래프이다.
상기 도 3은 절삭날부(21)가 2개이며, 스핀들 회전속도를 18,000rpm으로 하여 측정하였다. 이에 따라 검출된 방전파형을 살펴보면, 방전 주기는 약 8(μs)이므로 이것을 주파수로 변환하면 125KHz로 방전이 일어나고 있음을 확인할 수 있다.
또한 절삭 주파수는 600Hz이므로 엔드밀(20)이 1회전 할 때 절삭날부(21)가 피공작물(60)과 접촉하여 2회 절삭하게 된다.
이를 통해 측정된 방전 주기로 방전 주파수를 계산하면 방전가공은 엔드밀(20) 1회전 동안 기계 가공이 2회 수행되고 방전 가공은 400번 가까이 가공에 참여하고 있음을 그래프를 통해 확인할 수 있다.
따라서, 기계 가공 주파수보다 방전 주파수가 훨씬 큼을 알 수 있는데, 이러한 방전 주파수와 기계 가공 주파수의 큰 차이에 따라 본 발명에 따른 하이브리드 가공특성이 향상될 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치와 방전 가공 및 기계 가공에 절삭된 모습을 각각 나타내는 사진 및 표면 거칠기를 그래픽화한 도면이다.
도면에 도시된 본 발명의 하이브리드 절삭가공장치는 피공작물이 AISI D2(HRC 60)이며, 엔드밀(20)의 재질은 텅스텐 카바이드계이며 엔드밀의 직경은 1mm이며 가공속도(Feedrate)는 10μm/sec 이며 가공전압은 67.5V, 커패시터 용량은 1000pF, 방전유로는 등유를 사용하였다.
도면에 나타난 바와 같이 기존 방전가공의 경우 같은 작업시간(2min) 동안 절삭율 즉, 보다 구체적으로는 재료제거율(MRR)이 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치에 50% 정도에 불과한 것으로 나타났으며, 기존 방전가공 및 기계적 밀링가공의 표면거칠기(Ra) 또한 141.63nm 및 100.26nm로 나타났으나 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치는 재료제거율이 우수함에도 불구하고 표면거칠기가 103.99nm로 나타나 기계적 밀링가공과 거의 차이가 없는 것으로 판명되었다.
이와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치는 절삭 속도를 대폭 개선시킴에도 불구하고 기존 방전 가공 방식의 높은 표면거칠기를 기계 가공 방식 수준으로 낮출 수 있어 절삭 효율 및 가공 결과가 대폭 향상된다.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치를 통해 알루미늄재질로 이루어지는 피공작물에 각각 플러스 전극 및 마이너스 전극을 인가하여 나타나는 절삭사진이다.
도면에 나타나는 바와 같이 피공작물이 알루미늄 재질인 경우 엔드밀(20)에 마이너스 전원을 피공작물에 플러스 전원을 인가한 경우 목적하는 절삭가공이 이루어지지 않고 불규칙한 형상으로 절삭됨을 알 수 있다.
이에 반해 반대로 전원을 인가할 경우 규칙적으로 목적하는 형태로 절삭됨을 알 수 있으며 이러한 공급 전원의 전극 형태는 산화피막 생성여부에 따라 피공작물의 재질을 고려하여 결정하여야 한다.
알루미늄과 달리 피공작물이 철인 경우에는 목적하는 형태로 절삭되기 위해 피공작물에 플러스 전극을 엔드밀에 마이너스 전극을 연결하여 전원이 공급되도록 하여야 한다.
아울러 공급 전원의 전극 형태가 적절하지 않을 경우 엔드밀(20)의 손상을 초래하므로 피공작물 및 엔드밀 전극 연결시 주의하여야 할 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 절삭가공장치를 통해 절삭가공하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 절삭가공방법은 크게 작업테이블 상부의 스테이지 상에 피공작물(60)이 안착되는 제 1단계(S10)와, 상기 피공작물(60) 상부측에 축선방향으로부터 비틀어지도록 돌출형성되는 다수의 절삭날부와, 다수의 절삭날부 사이에 홈부형태로 형성되는 홈저면으로 이루어지는 엔드밀(20)이 장착된 스핀들(10)이 배치되는 제 2단계(S20)와, 제어부의 제어에 의해 전원공급부가 상기 엔드밀 및 피공작물에 각각 플러스 전극 또는 마이너스 전극을 인가하는 제 3단계(S30)와, 상기 엔드밀이 피공작물에 접촉하여 회전하되 절삭날부 접촉시에는 피공작물이 기계적으로 절삭되고 절삭날부의 비접촉시에는 피공작물이 방전가공되는 제 4단계(S40)으로 이루어진다.
하이브리드 절삭가공이 되기 위해서는 피공작물(60)을 작업테이블(30) 상부에 고정된 스테이지(31) 상으로 고정 안착시키고, 엔드밀(20)이 장착된 스핀들(10)을 피공작물(60)의 절삭부위로 배치시키는데, 이러한 피공작물(60)과 엔드밀(20)의 간극 제어는 제어부(50)를 통해 이루어진다.
전술한 바와 같이 제어부(50)는 이러한 간극 제어를 위해 작업테이블(30) 또는 스핀들(10)을 이동시키며, 도 1에서는 이러한 간극 제어를 위한 위치 이동을 작업테이블(30)로 이루어지도록 도시하였다.
이러한 제 1단계(S10)와 제 2단계(S20)는 순서상으로 편의상 기술하였으나, 제 2단계(S20)가 선행된 다음 제 1단계(S10)가 수행될 수 있음은 물론이다.
이에 따라 피공작물(60)과 엔드밀(20)의 배치가 완료되면 피공작물(60) 및 엔드밀(20)에 공급 전원 연결이 이루어지는데(S30), 이러한 공급 전원 연결시 연결 전극 형태는 피공작물(60)의 재질에 따라 플러스 전극 또는 마이너스 전극으로 연결된다.
예를 들면, 피공작물(60)이 알루미늄인 경우 엔드밀(20)에는 마이너스 전극이, 피공작물(60)은 플러스 전극이 각각 연결되어야 하며, 철 재질로 이루어지는 경우에는 전술한 알루미늄과는 반대로 전극 연결이 이루어진다.
이에 따라 전극 연결이 이루어지면 상기 엔드밀(20)이 피공작물(60)에 접촉하여 회전하여 방전 가공 및 절삭날부(21)에 의한 기계 가공이 순환 반복되게 되는 제 4단계(S40)가 수행된다.
이러한 제 4단계(S40) 과정에서는 엔드밀(20)과 피공작물(60)이 목적하는 절삭부위로 접촉하고 방전 간격이 유지되도록 제어부(50)의 비교기(51) 및 간극제어기(52)를 통해 계속적으로 스핀들(10) 또는 작업테이블(30)을 전, 후, 좌, 우 및 상, 하로 이동시킨다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 스핀들 20 : 엔드밀
21 : 절삭날부 21a : 외주날
21b : 릴리프면 21c : 절삭면
22 : 홈저면 30 : 작업테이블
31 : 스테이지 40 : 전원공급부
50 : 제어부 51 : 비교기
52 : 간극제어기 60 : 피공작물
70 : 구동수단 100 : 절삭가공장치

Claims (8)

  1. 스핀들에 장착되어 회전하며 피공작물을 절삭가공하는 엔드밀과;
    상기 피공작물이 안착되는 작업테이블과;
    상기 엔드밀 및 피공작물 간에 전원을 공급하여 엔드밀과 피공작물 사이에 방전가공이 수행되도록 하는 전원공급부와;
    상기 전원공급부의 공급전원 인가여부를 제어하며 피공작물과 엔드밀 간의 간극을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지되,
    상기 엔드밀은 축선방향으로부터 비틀어지도록 돌출형성되는 다수의 절삭날부와, 다수의 절삭날부 사이에 홈부형태로 형성되는 홈저면으로 이루어져 엔드밀의 회전시 순차적으로 일정 시간 간격에 의해 접하는 다수의 절삭날부가 피공작물을 절삭하고 절삭날부 간의 홈저면에서는 피공작물에 방전가공이 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스핀들 또는 작업테이블은 전, 후, 좌, 우 및 상, 하로 이동가능하도록 구동수단과 결합되며, 상기 제어부는 상기 구동수단의 동작 수행을 제어하는 것을 특징으로 하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전원공급부는 피공작물의 재질에 따라 피공작물 또는 엔드밀에 인가하는 전극의 극성이 설정되는 것을 특징으로 하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 엔드밀은 초경합금 또는 고속도강 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공장치.
  5. 작업테이블 상부의 스테이지 상에 피공작물이 안착되는 제 1단계와;
    상기 피공작물 상부측에 축선방향으로부터 비틀어지도록 돌출형성되는 다수의 절삭날부와, 다수의 절삭날부 사이에 홈부형태로 형성되는 홈저면으로 이루어지는 엔드밀이 장착된 스핀들이 배치되는 제 2단계와;
    제어부의 제어에 의해 전원공급부가 상기 엔드밀 및 피공작물에 각각 플러스 전극 또는 마이너스 전극을 인가하는 제 3단계와;
    상기 엔드밀이 피공작물에 접촉하여 회전하되 절삭날부 접촉시에는 피공작물이 기계적으로 절삭되고 절삭날부의 비접촉시에는 피공작물이 방전가공되는 제 4단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 4단계는 엔드밀과 피공작물이 목적하는 절삭부위로 접촉하도록 스핀들 또는 작업테이블이 전, 후, 좌, 우 및 상, 하로 이동가능하도록 구동수단과 결합되며, 상기 제어부에 의해 상기 구동수단의 동작 수행이 제어되는 것을 특징으로 하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    제 3단계에서 인가되는 전원공급부의 전극 극성은 피공작물의 재질에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 엔드밀은 초경합금 또는 고속도강 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기계적 밀링가공과 방전가공이 융합된 하이브리드 절삭가공방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105537958A (zh) * 2015-12-10 2016-05-04 青岛友诚高新技术有限公司 一种铁塔生产装置
KR20200093845A (ko) * 2019-01-29 2020-08-06 영남대학교 산학협력단 방전 밀링 가공 장치
KR20240001512A (ko) * 2022-06-27 2024-01-03 영남대학교 산학협력단 구리폼을 이용한 방전 보조 밀링 가공용 공구

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017043931A1 (ko) * 2015-09-10 2017-03-16 한국기계연구원 하이브리드 절삭장치 및 이를 이용한 그루브 절삭방법
KR101973636B1 (ko) 2017-07-25 2019-04-29 (주)에스엠텍 초경합금 고품질 레이저 복합가공 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6420927A (en) * 1987-07-13 1989-01-24 Matsura Koji Cutting method by electric discharge machining
KR950006365B1 (ko) * 1992-12-02 1995-06-14 엘지기전주식회사 방전가공기의 전원 극성 절환회로
CN1261273C (zh) * 2000-09-20 2006-06-28 三菱电机株式会社 放电加工装置以及放电加工方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105537958A (zh) * 2015-12-10 2016-05-04 青岛友诚高新技术有限公司 一种铁塔生产装置
KR20200093845A (ko) * 2019-01-29 2020-08-06 영남대학교 산학협력단 방전 밀링 가공 장치
KR20240001512A (ko) * 2022-06-27 2024-01-03 영남대학교 산학협력단 구리폼을 이용한 방전 보조 밀링 가공용 공구

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