KR930009402B1 - 방전가공기의 전원제어회로 - Google Patents

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내용 없음.

Description

방전가공기의 전원제어회로

제 1a 도는 종래의 방전가공기의 전원제어회로의 개략적인 회로도.

제 1b 도는 제 1a 도 방전가공기의 전원제어회로의 양극간의 전압 및 전류 파형도.

제 2a 도는 본 발명에 따른 방전가공기의 전원제어회로의 상세회로도.

제 2b 는 제 2a 도는 전원제어회로에 대한 타이밍도.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 전극 12 : 소재

21 : 스위칭데이타 출력회로 22 : 전극소모 저감회로

23 : 데이타 선택회로 24 : 트랜지스터의 구동부

25 : 온/오프 발진회로

본 발명은 방전가공기의 제어회로에 관한 것으로, 특히 방전펄스 초기 및 종료시의 전류 충격을 효율적으로 제어함으로써 전극소모를 극소화할 수 있는 방전가공기의 전원제어회로에 관한 것이다.

일반적으로 방전가공기는 절연액속에서 전극과 공작물 사이의 방전현상을 이용하여 전극형상을 투영시킨 모양으로 가공하는 공작기계이며, 공작물의 도전체이면 경도에 관계없이 가공이 가능하다는 특징에 의해 주로 금형 가공에 이용되고 있다. 또한, 이러한 방전가공기는 제어회로 및 반도체 소자의 발달에 따라 가공의 정밀도가 향상되어 있다.

방전가공기의 가공특성을 결정하는 전류 및 전압 파형을 제어하기 위한 전원제어회로로는 캐패시터 방전회로, 트랜지스터 방전회로, 트랜지스터 제어부 캐패시터 방전회로가 있으며, 주로 트랜지스터를 이용하는 제어회로가 제어의 용이성으로 인해광범위하게 사용된다.

제 1 도는 종래의 트랜지스터에 의한 방전가공기의 전원 제어장치, 즉, 트랜지스터 제어부 캐패시터 방전회로를 도시한 것으로 전원(V_IN)과 전극(11)과 (12) 사이에는 트랜지스터(Q₁, Q₂,...,Q_l) 및 저항(R₁,R₂,...,R₁)의 트랜지스터 제어회로가 병렬로 삽입되며, 턴온되는 트랜지스터의 갯수에 의해 가공전류(제 1b 도의 I_P)의 크기 및 양이 결정된다.

이러한 트랜지스터(Q₁, Q₂,...,Q_l)의 온도프 제어는 각 트랜지스터의 게이트단자(G₁, G₂, G₃,...,G_l)에 가해지는 특정주파수(통상, 온 시간폭이 수십 내지 수백 us)의 펄스에 의해 이루어진다. 이러한 펄스는 제어회로(도시않됨)에 의해 발생될 수 있다. 제어회로는 전술한 바와같이 트랜지스터(Q₁, Q₂,...,Q_l) 게이트(G₁, G₂,...,G_l)를 제어하여 양전극(11)및 (12)간에 전류(제 1b 도의 I_P)와 같은 구형파 전류가 흐르게 한다.

방전가공에너지 및 가공속도는 상기 전류(I_P)파형의 면적, 즉, 전류의 양에 비례하여 일반적으로 증가한다.

보다 상세하게는 전극(11)과 타전극, 즉, 소재(12)간의 간격이 서로 방전가능한 캠을 갖도록 접근하는 경우, 예를들어, 트랜지스터(i=20 경우, Q₁~Q₂₀)를 모두 특정주파수의 게이트 신호에 의해 동시에 턴온시키는 경우, 이때 각 트랜지스터의 에미터측 저항(R)이 20Ω이고, 입력전압(V_IN)이 100V라 하면, 트랜지스터가 전극에 대해 병렬 연결이므로 트랜지스터 1개당 5A 의 파이크치를 가지는 구형파 전류가 흐르게 되며, 극간에는 100A의 전류 피이크치를 가지는 가공에너지가 발생하게 된다. 이러한 가공에너지는 가공속도에 영향을 주게되며 가공성능을 결정하는 중요한 요인이 된다.

한편, NC방전가공기에서는 가공물의 위치결정 정밀도, 형상정밀도, 및 다듬질 거칠기가 가공정밀도를 결정하는 중용한 요인들이며, 기계의 풀스트로크에 있어서의 반복정밀도, ATC(자동공구 교환장치)의 공구 교환 정밀도 전극 소모의 정도 및 다듬질면 거칠기의 정도가 중요한 역활을 한다. 이들중 방전 가공기의 가공정밀도를 시키기 위해서는 소재의 가공 뿐만아니라 전극의 소모율을 가능한한 줄이도록 하는 회로가 필요하다. 방전가공기의 전극소모는 1회의 방전발생시에 있어서 전류밀도에 따라 정해진다. 즉, 방전초기에 있어서의 방전은 면적이 작을 때에 구형파 전류가 입력되는 시점에서 전극소모가 커진다. 또한, 전극소모율은 일반적으로 가공에너지(가공속도)와 비례하여 증가하는 것이 보통이며, 제 1b 도에 점선으로 도시된 바와같이 극간 방전 전류 펄스 형상을 임의로 변조시킴으로써 전극소모를 저감기키기 위해 캐패시터를 이용해 왔다. 즉, 제 1b 도의 전류파형(B)와 같이 트랜지스터를 턴온시킬때 전극(11) 및 소재(12)간의 흐르는 가공전류의 펄스파형에 소정의 기울기를 주기위해 일반적으로 제 1a 도의 트랜지스터(Q₁, Q₂,...,Q_l)의 에미터측 회로에 특정상수의 인덕턴스와 캐패시턴스 성분을 적절히 조합하여 삽입하므로써 불규칙 하나마 가공전류의 펄스를 제어해 왔다.

그러나, 이러한 제어방법으로는 수시로 변화하는 입력가공 전압(V_IN), 부하조건(전극(11)과 소재(12)사이의 캠) 및 게이트 주파수등에 대해 항상 불규칙한 제어결과가 나타나기 때문에 최종적으로 방전 가공성능, 즉 전극 소모율의 정확한 데이타 확보등 많은 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전극 소모율을 극소화할 수 있는 방전가공기의 전원제어회로를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 일반가공속도와 전극소모저감동작을 선택적으로 수행할 수 있는 전원제어회로를 제공하는데 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 제 2 도는 본 발명의 트랜지스터 제어방식 방전가공기의 전원제어회로를 도시한 것으로 전원 제어회로(20)는 가공전류 설정치(1D) 입력에 따라 기설정되어 스위칭되는 트랜지스터의 갯수를 선택할 수 있는 데이타를 출력하는 스위칭 데이타 출력회로(21), 상기 스위칭 데이타 출력회로(21)로부터의 데이타를 입력하며, 제어신호에 따라 순차적인 스위칭 데이타를 출력하는 전극소모 저감회로(22), 상기 스위칭데이타 출력회로(21)와 상기 전극 소모 저감회로(22)로부터의 데이타를 외부제어에 의해, 트랜지스터 구동회로(24)에 선택적으로 제공하기 위한 데이타 선택회로(23) 및 트랜지스터 구동부(24)를 포함한다. 상기 전원제어회로(20)는 외부의 지령에 따라, 펄스간격이 설정된 펄스를 출력하는 온/오프 방진회로(25)를 또한 포함한다.

상기 스위치 데이타 출력회로(21)는 바람직하게는 ROM(21a) 및 그 출력에 연결된 인버터(T₁-T₅)로 구성되며, ROM(21a) 및 스위칭되는 트랜지스터의 갯수를 설정하는 데이타를 포함하고 있다. 사용자의 지령에 의해 제어회로(도시않됨)를 통해 입력되는 가공전류 설정치(1D)입력에 따라 트랜지스터 스위칭 데이타를 출력한다.

상기 전극 소모저감회로(22)는 기설정된 제1 및 제 2 주파수의 출력에 따라 계수신호를 출력하는 계수기(22b)와, 상기 스위칭 데이타 출력회로(21)로부터의 데이타 및 상기 계수기(22b)로부터의 데이타를 입력하고 비교하여 상기 데이타가 동일한 경우 제어신호(B=2B)를 출력하는 비교기(22a)를 포함한다. 또한 상기 계수기(22b)에는 매 방전펄스 마다의 가공 개시신호(INT)을 게이트 클럭(GC)에 동기시키기 위한 게이트(G2), (G6) 및 (G7)와, 상승시간(예를들면 10KHz) 및 하강시간 (예를들면 1MHz)의 기설정된 주파수의 클럭(ONC)및(OFC)와 상기 비교기(22a)로부터의 입력을 선택적으로 공급하기 위한 게이트(G1), (G3), (G4) 및 (G5)가 연결되며, 기준클럭신호로 게이트 클럭신호(GC)입력된다.

상기 데이타 선택회로(23)는 데이타 선택기(23a)와 외부 가공조건 신호지령장치(23b)를 포함하며, 데이타 선택기(23a)는 2개의 입력(1A₀~1A₄)및 (2A₀~2A₄)과 하나의 출력(3A₀~3A₄)을 가지고 외부사용자에 의해 작동가능한 스위치(SW1)에 따른 외부가공 조건 지령신호장치(23b)로부터의 선택에 따라 상기 두 입력중 어느 하나의 입력을 상기 트랜지스터 구동부(24)에 제공한다. 여기서, 제 1 입력(1A₀~1A₄)을 사이 스위칭데이타 출력회로(21)로부터의 데이타이며, 제 2 입력(2A₀~2A₄)은 상기 계수기(21)로부터의 입력된다.

상기 트랜지스터 구동부(24)는 상기 데이타 선택회로(23)로부터의 데이타와 상기 온/오프 발진회로(25)로부터의 게이트 클럭신호(GC)에 따라 예를들면, 본 예에 있어서는 31개로 설정한 트랜지스터(Q₁, Q₂, Q₃,...,Q_3l)를 스위칭 제어한다. 여기서 온/ 오프 발진회로(25)는 외부지령에 따라 펄스 간격이 설정되는 게이트 클럭신호(GC) 를 출력하며, 이 신호는 상기 데이타 선택회로(23)로부터의 출력(D₀, D₁,..., D₄)에 각기 AND게이트(G₈,..., Q₁₂)로 결합되어 트랜지스터 구동회로(24a)에 입력된다.

또한 여시서, 데이타 선택회로(23)로부터의 데이타 출력(D₀, D₁,..., D₄)에 따라 각 비스 숫자에 해당하는 만큼 트랜지스터가 턴온 되도록 할 수 있다.

예를들면, D₀→Q₁

D₁→Q₂, Q₃

D₂→Q₄, Q₅, Q₆, Q₇

D₃→Q₈, Q₉, ...Q₁₅(8개)

D₄→Q₁₆, ...Q₃₁(16개)

상술한 바와같은 본 발명의 방전가공기 전원제어회로(20)의 동작을 제 2a 도 회로도 및 제 2b 도의 타이밍도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

i ) 일반적인 가공속도 제어동작

제 2a 도의 외부가공조건 지령 신호장치(23b)가 외부조작에 의해 인에이블 신호를 오프하면, 이인에이블 오프 신호를 입력한 데이타 선택기(23a)는 제 1 입력(1A₀~1A₄)을 출력(3A₀~3A₄)으로 선택한다. 이제 가공전류설정치 입력에 의해 상기 ROM(21a)으로부터 출력된 데이타는 데이타 선택기(23a)의 입력(1A₀~1A₄)을 통해 출력(3A₀~3A₄)되며 트랜지스터 구동부(24)로 입력된다. 트랜지스터 구동부(24)에 입력된 데이타(D₀~D₄)는 온/오프 발진회로(25)로부터의 게이트 클럭신호(GC : 제 2 도의 P1)와 AND게이트(G₈,~G₁₂)로 결합되어 동기화되며 트랜지스터 구동회로(24a)에 입력된다. 상기 입력에 따라 트랜지스터 구동회로(24a)는 트랜지스터(Q₁~Q₃₁)를 구동한다. 즉, 제 1b 도의

에서 보는 바와같이 전극(11) 및 소재(12)간에는 구형파 전류가 유기된다

ii )전극소모저감 동작

외부 조작자의 스위치(SW1)조작에 의해 상기 외부가공조건 지령신호장치(23b)로부터의 인에이블신호가 온되면 상기 데이타 선택기(23a)는 제 2 입력(2A₀~2A₄)을 출력(3A₀~3A₄)으로 설정한다. 상술한 바와같은 ROM(21a)의 출력데이타는 비교기(22a)에 입력되며, 계수기 (22b)의 출력데이타와 비교된다.

한편 계수기(22b)에서는, 게이트 클럭신호(GC)가 온(제 2b 도의 P1)되면 가공개시신호(INT)도 온(제 2b 도의 P2)되어 기설정된 발진초기치(예를들면 00000, 00001등)가 출력된다. 또한 게이트 클럭신호(GC)가 온되는 순간 상승시간용 클럭(예를들면 100KHz) (ONC) : 제 2b 도의 P3)이 계수기(22b)의 클럭으로 입력된다. 그에 따라, 계수기(22b)는 게이트 클럭신호(GC)가 온인 구간에서는 상승시간용 클럭(ONC)에 따라 동작을 개시한다. 계수기(22b)의 출력은 데이타 선택회로(23)를 거쳐 데이타(D₀~D₄: 제 2b 도로서 트랜지스터 구동부(24)에서 트랜지스터(Q₁,...Q₃₁)까지의 트랜지스터 구동신호로 사용된다. 즉, 트랜지스터(Q₁,...Q₃₁)는 제 2b 도에서 보는 바와같이 온 구간내에서 100KHz의 주기(10 us)마다 1개씩 차례로 턴온되어 해당하는 트랜지스터의 갯수만큼 구동된다.

따라서, 제 2b 도의 계단형식의 전류(I_P) 파형이 계수기(22b)출력에 의해 트랜지스터 구동부(24)를 거쳐서 극간에 작용하는 최종 가공전류 파형이 된다.

또한, 계수기(22b)의 출력은 비교기(22a)에 입력되어 상기 ROM(21a)으로부터의 데이타와 비교된다. 비교기(22a)에서는 계수기(22b)의 출력과 ROM(21a)로부터의 데이타값이 동일하지 않는 경우는 계속 비교하게 되고, 데이타 값이 동일한 경우에는 제어신호(B=2B)를 출력하여 게이트(G5)로 궤환 시키며 상기 게이트(G5)로부터 신호를 입력하는 NAND게이트(G1)입력을 차단하고 계수기(22b)의 동작을 멈추게 한다.

한편, 게이트 클럭신호(GC)가 오프(제 2b 도의 P4)되는 경우, 계수기(22b)는 다운 계수동작을 한다. 이제 게이트(G₁)에서는 하강클럭(예를들면 1MHz : 제 2b 도의 P5)이 입력되며, 그에 따라 계수기(22b)는 전술한 바와같이 1us의 주기로서 다운 계수로 동작하고, 계수 데이타는 데이타 선택기(23a)를 거쳐 트랜지스터(Q₁~Q₃₁)를 차례로 턴오프 시켜나간다. 즉, 제 2b 도에서 보는 바와같이 가공전류(I_P)의 하강부는 1us의 주기로 계단형 파형을 이룸을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 방전가공기의 전원제어 회로는 전극과 소재간에 유기되는 전류의 파형에서 상승 및 하강부에 각각 바람직한 기울기를 줄 수 있으므로 전원 온 오프시의 충격을 줄일 수 있으며, 그에 따라 전극소모를 극소화 할 수 있으며, 방전가공기의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있고, 빠른 속도의 방전가공과 전극소모가 적은 정밀가공을 동시 또는 선택적으로 할 수 있어 방전가공대상에 따라 보다 효율적이고 목적에 부합하는 가공을 할 수 있는 등의 커다란 효과가 있다.

비록 본 발명의 특정실시예로 도시되고 설명되었으나, 본 기술분야의 숙련자라면 예를들어 트랜지스터는 어떠한 전자적으로 제어가능한 스위칭 회로를 포함할 것이며, 본 명세서에 기술된 게이트란 용어는 스위칭회로 또는 소자의 제어단임을 알 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 양전극(11) 및 (12)간에 병렬로 연결된 다수의 전기적으로 제어 가능한 스위칭 장치를 포함하는 방전가공기에 있어서, 각기 시설정된 주파수의 제1 및 제 2 클럭 신호 및 기준주파수 발생하는 클럭신호 발생수단과 ; 가공전류 설정치(1D)입력에 따라 제어대상인 상기 스위칭 장치의 스위칭 갯수를 선택할 수 있는 데이타를 출력하기 위한 스위칭 데이타 출력회로(21)와 ; 상기 기준주파수의 상승시간에 상기 제 1 클럭신호에 따라 업계수를 수행하고 상기 기준주파수의 하강시간에 제 2 클럭 신호에 따라 다운계수를 수행하는 계수기회로(22b)와, 상기 스위칭 데이타 출력회로(21)로부터의 스위칭 데이타와 상기 계수기회로(22b)로부터의 계수데이타를 비교하고 동일한 경우, 상기 계수기회로(22b)의 동작을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 비교기 회로(22a)를 포함하는 전극 소모저감회로(22)와 ; 상기 계수기회로(22b)로부터의 상기 계수데이타를 입력하여 순차적으로 상기 스위칭 장치를 구동하기 위한 스위칭 장치 구동부(24)를 포함하는 방전가공기 전원제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방전가공기 전원제어장치가 상기 스위칭 데이타 출력회로 (21)로부터의 상기 스위칭 데이타와 상기 계수기 회로(22b)로부터의 상기 계수데이타를 입력하고, 외부 제어수단에 의해 선택적으로 상기 스위칭 데이타 및 상기 계수데이타중의 하나의 출력만을 선택하는 데이타 선택회로(23)를 더 포함하며, 상기 스위칭장치 구동부가 상기 데이타 선택회로 (23)로부터의 데이타를 입력하여 상기 스위칭 장치를 구동하는 상기 방전가공기 전원제어장치.

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