KR20160132705A - 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치 - Google Patents

와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치 Download PDF

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KR20160132705A
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Abstract

본 발명은 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치에 관한 것으로서, 댐퍼바 및 변위센서를 이용하여 와이어 공급을 일정하게 하고 또한 와이어 장력의 변동을 최소화함으로써 단선, 와이어 이탈 등을 방지할 뿐만 아니라 최종적으로 가공품의 품질을 향상시킬 수 있는 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치를 제공한다.

Description

와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치{EXTERNAL WIRE BOBBIN CONTROLLER FOR WIRE CUT ELECTRICAL DISCHARGE MACHININE}
본 발명은 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외장형 와이어공급기로부터 와이어 공급을 일정하게 조절할 수 있게 만드는 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 와이어컷 방전가공기는 황동와이어를 이용하여 금속재료를 가공하는 장치로써, 와이어와 금속재료 사이를 방전시켜 금속재료를 원하는 모양으로 가공시키는 장치이다.
종래의 황동와이어는 와이어컷 방전가공기에 내장형으로 부착되고 이를 회수용 모터를 사용하여 일정하게 끌어당김으로써 가공 극간에 와이어를 공급하여 마치 실톱같이 금속 재료를 가공하였다. 이러한 내장형 와이어는 보통 5kg 내외로 종일 작업시 하루나 이틀 정도 밖에 사용 못하게 된다. 따라서 대형 가공물을 가공하는 것과 같이 몇일이 소요되는 작업에는 종래의 와이어는 잔량 부족으로 인해 작업 도중 작업을 중단하고 와이어를 교체 해야 하는 문제점이 있었으며, 특히 야간 무인 가공 시에는 작업이 멈추게 되어 지속적으로 야간 작업을 실시하기 어렵다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근 대형와이어(약 20~50kg)를 사용하여 가공하는 사례가 증가하고 있으며, 이러한 대형와이어는 크기 및 무게의 제한으로 인해 와이어컷 방전가공기에 부착할 수 없고 별도로 외장형으로 제작되어 있다. 그러나 외장형 와이어 공급기와 와이어컷 방전가공기가 거리적으로 멀리 떨어져 있게 되어 회수용 모터를 사용하여 와이어를 일정하게 끌어 당기기가 쉽지 않다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 일부 업체에서는 와이어 보빈에 모터를 부착하여 와이어가 너무 팽팽하면 모터를 ON해서 풀어주고, 너무 처져 있으면 모터를 OFF하여 당겨지게 하는 방법으로 이러한 문제점을 해결하고 있으나, 이와 같은 방식은 운전 정지를 반복하게 됨으로써 와이어 장력이 불균일하게 되고 이로 인해 가공 품질이 떨어지고, 극단적인 경우 단선이 자주 발생하게 된다. 또한 기동 정지를 반복함으로써 전력의 낭비가 많이 발생하는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-1994-0702110호에 개시되어 있는 와이어 컷 방전 가공기의 와이어 장력 설정 장치는 구성이 복잡하여 파손이 자주 발생하고 제조 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
대한민국 공개실용신안 제20-1994-0014823호에 개시되어 있는 와이어 컷 방전가공기의 와이어 이상장력 흡수장치는 와이이어의 이상 장력을 흡수하기 때문에 구성이 복잡하고 오작동이 자주 발생하는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-1994-0702110호 대한민국 공개실용신안 제20-1994-0014823호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 와이어의 일정한 공급을 위하여 댐퍼바 및 변위센서를 구비하여 일정하게 와이어 장력을 유지 및 제공할 수 있는 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따른, 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치에 있어서, 금속재료를 가공하는 와이어컷 방전가공기, 상기 와이어컷 방전가공기에 와이어를 공급하는 외장형 와이어공급기, 일단이 상기 외장형 와이어공급기에 고정되고, 타단은 와이어에 의하여 일정한 각도로 회전이동되는 댐퍼바, 상기 댐퍼바 일단에 마련되는 변위센서, 상기 댐퍼바 타단의 상한선을 측정하는 상한센서, 상기 댐퍼바 타단의 하한선을 측정하는 하한센서 및 상기 외장형 와이어공급기에 마련되는 제어기를 포함하고, 상기 변위센서는 상기 외장형 와이어공급기의 와이어 장력을 측정하는 것을 특징으로 하는 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치를 제공함으로써, 상기와 같은 과제를 해결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치는 변위센서, 댐퍼바, 보빈모터 및 제어기를 이용하여 와이어 공급 속도를 일정하게 공급(제어)함으로써 와이어 공급을 항상 일정하게 하고 또한 와이어 장력의 변동을 최소화할 수 있어 와이어의 단선 또는 와이어 이탈 등을 방지할 뿐만 아니라 최종적으로 가공품의 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
그리고, 대용량의 보빈을 제공함으로써, 와이어의 교체 없이 장시간 가공 및 무인 가공이 가능하게 되어 가공 생산성 향상에 크게 도움을 줄 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치를 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치를 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 외장형 와이어공급기를 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어방전가공기용 외장형 와이어공급기를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치를 나타낸 블록 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. 그리고 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시예를 용이하게 실시할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 범위 내에 속함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치를 나타낸 그림이다. 이하 도 1을 기준으로 설명하고 도 1에 도시되지 않는 구성은 별도로 참조도면을 표시하였다.
본 발명의 일 양태에 따른 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치는 와이어컷 방전가공기(200), 외장형 와이어공급기(100), 댐퍼바(10), 변위센서(20), 상한센서(30), 하한센서(40), 제어기(50) 및 보빈모터(120)으로 구성된다.
본 발명의 일 양태에서, 와이어컷 방전가공기(200)는 와이어를 이용하여 금속재료(5)를 가공하는 기기이다. 와이어컷 방전가공기(200)는 외장형 와이어공급기(100)로부터 와이어를 공급받도록 마련된다. 구체적으로 와이어컷 방전가공기(200)는 제 3 롤러(210), 제 4 롤러(220), 제 5 롤러(230), 회수용모터(240) 및 회수통(250)으로 구성될 수 있다. 제 3 롤러(210)는 후술할 외장형 와이어공급기(100)에서 와이어를 전달받을 수 있도록 구비된다. 제 4 롤러(220)는 제 3 롤러(210)의 와이어를 전달받을 수 있도록 마련된다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 금속재료(5)는 제 3 롤러(210) 및 제 4 롤러(220) 사이에 위치되며, 제 3 롤러(210) 및 제 4 롤러(220) 사이의 와이어와 금속재료(5) 사이에 전압을 인가하여 와이어와 금속재료(5) 사이에 방전을 발생시켜 방전으로 발생되는 고열로 금속재료(5)를 가공할 수 있게 마련된다. 이를 위해 제 3 롤러(210) 및 제 4 롤러(220) 사이의 와이어와 금속재료(5)에 전원을 공급하는 전원공급장치를 구비하여 금속재료(5)와 와이어에 전원을 공급한다. 제 5 롤러(230)는 제 4 롤러(220)의 와이어를 전달받도록 마련된다. 제 5 롤러(230)는 2개의 롤러로 구비될 수 있다. 회수용모터(240)는 제 5 롤러(230)와 연결되도록 구비된다. 회수용모터(240)는 제 5 롤러(230)를 동작시켜 와이어를 회수할 수 있게 만든다. 회수통(250)은 제 5 롤러(230)의 와이어를 회수하여 일정한 장소에 수집하는 통으로서, 사용된 와이어를 한곳에 수집할 수 있게 만든다. 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치는 와이어컷 방전가공기(200) 및 외장형 와이어공급기(100)로 구성될 수 있다.
와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치의 전반적인 제어는 제어기(50)를 통하여 제어될 수 있다. 제어기(50)는 외장형 와이어공급기(100)에 마련된다.
도 2 및 도 4를 참고하면, 외장형 와이어공급기(100)는 와이어컷 방전가공기(200)에 와이어를 공급하도록 마련된다. 구체적으로 외장형 와이어공급기(100)는 와이어보빈(110), 보빈모터(120), 제 1 롤러(130) 및 제 2 롤러(140)를 포함하여 구성된다. 와이어보빈(110)은 와이어가 권취되도록 마련된다. 와이어보빈(110)은 와이어를 제공하는 수단으로써, 상세하게는 와이어보빈(110)은 교환이 가능한 독립적인 유닛으로 마련될 수 있고, 20 Kg 내지 50 Kg의 와이어가 권취되도록 구비될 수 있다. 종래의 보빈들은 와이어를 5 Kg 내외로 권취되었기 때문에 장시간 와이어컷 방전가공기(200)를 이용할 수 없어 작업을 효율적으로 실시할 수 없었던 문제점이 있었으나, 대용량의 교환 가능한 와이어보빈(110)을 제공하여 보다 장시간 와이어컷 방전가공기(200)를 이용할 수 있게 만들어 작업의 효율성을 높일 수 있다. 또한, 와이어보빈(110)과 연결되는 보빈롤러(150)를 더 구비할 수 있으며, 도 2와 같이 와이어보빈(110)과 제 1 롤러(130)의 방향이 일치하지 않는 경우 와이어의 줄이 엉키는 것을 방지할 수 있도록 만드는 보빈롤러(150)를 구비할 수 있다. 보빈모터(120)는 와이어보빈(110)에 마련된다. 보빈모터(120)는 와이어보빈(110)을 회전시켜 와이어를 공급할 수 있게 만든다. 보다 상세하게는 보빈모터(120)는 후술할 변위센서(20)와 연결되어 공급되는 와이어의 장력을 제어할 수 있도록 마련된다. 즉 변위센서(20)를 통해 측정된 와이어의 장력이 필요이상으로 발생하는 경우(기준값 이상으로 장력이 발생하는 경우) 제어기(50)를 통하여 보빈모터(120)의 회전속도를 제어하여 와이어의 장력을 줄이고, 반대로 와이어의 장력이 필요한 경우 보빈모터(120)의 회전속도를 제어하여 와이어 장력을 높여줄 수 있게 만든다. 이러한 제어기(50)를 통한 속도제어는 지속적으로 보빈모터(120)를 제어할 수 있는 PI(비례 적분제어)제어 방식을 이용한다. 제 1 롤러(130)는 와이어보빈(110)의 와이어를 전달받는다. 제 1 롤러(130)는 와이어보빈(110)의 와이어를 전달받아 와이어를 제 2 롤러(140)로 다시 전달할 수 있게 마련된다. 제 2롤러(140)는 제 1 롤러(130)의 와이어를 전달받는다. 제 1 롤러(130) 및 제 2 롤러(140) 사이의 와이어는 후술할 댐퍼바(10)의 타단과 연결된다. 댐퍼바(10)는 제 1 롤러(130) 및 제 2 롤러(140) 사이의 장력을 측정하여 변위센서(20)에 설정된 기준값에 따라 보빈모터(120)의 회전값을 결정하여 와이어의 장력을 일정하게 유지할 수 있다. 외장형 와이어공급기(100)는 와이어의 장력을 지속적으로 측정하여 일정한 장력을 유지할 수 있게 만들어 와이어컷 방전가공기(200)에서 일정한 장력의 와이어를 이용하여 금속재료(5)를 보다 정밀하게 가공할 수 있게 만든다. 제 1 롤러(130), 제 2 롤러(140)는 지지대(160)에 마련될 수 있다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 댐퍼바(10)는 일단이 외장형 와이어공급기(100)에 고정되고, 타단은 와이어에 의하여 일정한 각도로 회전 이동된다. 보다 상세하게는 댐퍼바(10)의 타단은 제 1 롤러(130) 및 제 2 롤러(140) 사이의 와이어와 체결되어 와이어의 장력을 측정할 수 있도록 구비된다. 댐퍼바(10)의 일단은 외장형 와이어공급기(100)에 고정되고 타단이 제 1 롤러(130) 및 제 2 롤러(140)에 구비되는 와이어로 인하여 회전 이동되며 이러한 회전 이동으로 인하여 후술할 변위센서(20)가 와이어의 장력을 측정할 수 있다. 보다 더 상세하게는 댐퍼바(10)는 지지대(160)에 마련될 수 있다. 지지대(160)는 외장형 와이어공급기(100)의 하우징으로 보빈모터(120), 제 1 롤러(130), 제 2 롤러(140), 댐퍼바(10) 등이 구비될 수 있도록 만드는 하우징으로 다양한 형태로 마련될 수 있으나 본 발명에서는 수직으로 형성된 판 형태로 표현하였다.
도 1, 도 3 및 도 5를 참고하면, 변위센서(20)는 댐퍼바(10)의 일단에 마련된다. 변위센서(20)는 댐퍼바(10)의 타단의 각도를 측정하는 센서로서, 댐퍼바(10)의 타단의 변화에 따라 각도를 측정하여 와이어의 장력을 측정할 수 있게 마련된다. 구체적으로 변위센서(20)는 포텐셔미터(potentiometer) 또는 인크리멘털엔코더(incremental encoder)로 구비될 수 있다. 포텐셔미터는 와이어와 연결되어 직선변위 또는 회전변위를 전기저항(전기저항에서 발생되는 전압을 측정하여 변위값을 측정할 수 있다)으로 변경할 수 있는 가변저항기로서, 댐퍼바(10)의 타단이 회전 이동되어 회전변위가 발생되었을 때 가변저항에서 발생하는 전압을 제어기(50)내의 AD 컨버터를 이용하여 댐퍼바(10)의 각도를 계산할 수 있다. 하지만 포텐셔미터는 장시간 사용 시 접촉에 의한 마모로 인하여 측정값이 정확하지 않을 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 인크리멘털엔코더를 이용할 수 있다. 인크리멘털엔코더는 회전에 따라 펄스가 발생하는 장치로서 이 펄스값을 제어기(50)내의 카운터를 사용하여 계수하여 변위량 또는 각도를 측정할 수 있다. 이러한 인크리멘털엔코더는 광학식, 비접촉방식으로 구비되기 때문에 마모등의 문제점을 해결할 수 있다. 하지만, 인크리멘털엔코더는 기준위치로 부터의 상대적인 값만을 얻는 장치로서 인크리멘털엔코더만을 사용해서는 절대값을 얻을 수 없기 때문에 후술할 하한센서(40) 또는 상한센서(30)를 이용하여 절대각도을 구할 수 있다. 즉 하한센서(30) 또는 상한센서(40)가 인식될 때까지 보빈모터(120)를 움직이고, 하한센서(40) 또는 상한센서(30)에서 댐퍼바(10)를 인식하면 이때의 카운터 값을 기억하고 이 값을 기준위치로 한 후 이때부터 인크리멘털엔코더 값을 카운터하여 댐퍼바(10)의 절대각도를 구할 수 있다. 즉 최초 작동 시 기준값에 대한 정보를 상한센서(30) 또는 하한센서(40)를 이용하여 측정하고, 상기 측정된 기준값을 이용하여 댐퍼바(10)의 절대각도를 측정할 수 있도록 마련된다. 바람직한 댐퍼바(10)의 각도는 후술할 상한센서(30)와 하한센서(40) 중간에 위치되는 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 변위센서(20)를 이용하는 경우 댐퍼바(10)는 항시 일정한 위치(각도)로 유지되도록 제어되기 때문에 와이어의 공급 속도(장력)를 일정하게 제어할 수 있게 된다. 보다 상세하게는 변위센서(20)에서 측정된 정보는 제어기(50)로 전송되고 제어기(50)는 수신한 정보를 이용하여 보빈모터(120)를 제어하여 와이어 장력을 일정하게 유지할 수 있게 만든다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 상한센서(30)는 댐퍼바(10) 타단의 상한선을 측정하는 수단으로서, 상한선(설정된 와이어의 장력이 최대값인 위치) 이상으로 댐퍼바(10)의 타단이 위치되는 경우 보빈모터(120)를 제어할 수 있는 신호를 전송하여 상한선 아래쪽으로 댐퍼바(10)가 위치될 수 있게 만든다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 하한센서(40)는 댐퍼바(10) 타단의 하한선을 측정하는 수단으로서, 하한선(설정된 와이어의 장력이 최소값인 위치) 이하로 댐퍼바(10)의 타단이 위치되는 경우 보빈모터(120)를 제어할 수 있는 신호를 전송하여 하한선 위쪽으로 댐퍼바(10)가 위치될 수 있게 만든다.
본 발명은 본 발명의 요지와 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
5 : 금속재료,
10 : 댐퍼바, 20 : 변위센서,
30 : 상한센서, 40 : 하한센서,
50 : 제어기,
100 : 외장형 와이어공급기,
110 : 와이어보빈, 120 : 보빈모터,
130 : 제 1 롤러, 140 : 제 2 롤러,
150 : 보빈롤러, 160 : 지지대,
200 : 와이어컷 방전가공기,
210 : 제 3 롤러, 220 : 제 4 롤러,
230 : 제 5 롤러, 240 : 회수용모터,
250 : 회수통.

Claims (5)

  1. 금속재료(5)를 가공하는 와이어컷 방전가공기(200);
    상기 와이어컷 방전가공기(200)에 와이어를 공급하는 외장형 와이어공급기(100);
    일단이 상기 외장형 와이어공급기(100)에 고정되고, 타단은 와이어에 의하여 일정한 각도로 회전이동되는 댐퍼바(10);
    상기 댐퍼바(10) 일단에 마련되는 변위센서(20);
    상기 댐퍼바(10) 타단의 상한선을 측정하는 상한센서(30);
    상기 댐퍼바(10) 타단의 하한선을 측정하는 하한센서(40) 및
    상기 외장형 와이어공급기(100)에 마련되는 제어기(50)를 포함하고,
    상기 변위센서(20)는 상기 외장형 와이어공급기(100)의 와이어 장력을 측정하는 것을 특징으로 하는 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위센서(20)는 포텐셔미터 또는 인크리멘털엔코더인 것을 특징으로 하는 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외장형 와이어공급기(100)는,
    와이어가 권취되는 와이어보빈(110);
    상기 와이어보빈(110)에 마련되는 보빈모터(120);
    상기 와이어보빈(110)의 와이어의 전달받는 제 1 롤러(130) 및
    상기 제 1 롤러(130)의 와이어를 전달받는 제 2 롤러(140)를 포함하고,
    상기 댐퍼바(10)의 타단은 상기 제 1 롤러(130) 및 제 2 롤러(140)의 와이어와 체결되는 것을 특징으로 하는 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 와이어보빈(110)은 교환이 가능한 독립적인 유닛으로 마련되고, 20 Kg 내지 50 Kg의 와이어를 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어컷 방전가공기(200)는,
    상기 외장형 와이어공급기(100)에서 와이어를 전달받는 제 3 롤러(210);
    상기 제 3 롤러(210)의 와이어를 전달받는 제 4 롤러(220);
    상기 제 4 롤러(220)의 와이어를 전달받는 제 5 롤러(230);
    상기 제 5 롤러(230)와 연결되는 회수용모터(240) 및
    상기 제 5 롤러(230)의 와어어를 회수하는 회수통(250)을 포함하고,
    상기 금속재료(5)는 상기 제 3 롤러(210) 및 제 4 롤러(220) 사이에 위치되어 가공되는 것을 특징으로 하는 와이어방전가공기용 외장형 와이어보빈 제어장치.
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