KR950007696B1 - 방전가공장치의 전원 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

방전가공장치의 전원

제1도는 본 발명의 1실시예의 회로도.

제2도는 본 발명의 1실시예의 의한 방전가공장치의 전원의 동작타이밍도.

제3도는 어떤 가공조건에 대해서 가공간극상태 검출용 직류전원의 출력임피던스를 일정한 값으로 설정한 경우의 가공간극임피던스의 검출동작을 도시한 타이밍도.

제4도는 일정한 임계값에 대해서 가공간극상태 검출용 직류전원의 출력임피던스를 변경제어한 경우의 가공간극임피던스의 검출동작을 도시한 타이밍도.

제5도는 어떤 가공조건에 대해서 가공간극상태 검출용 직류전원의 출력전압을 일정한 값으로 설정한 경우의 가공간극전압의 검출동작을 도시한 타이밍도.

제6도는 일정한 임계값에 대해서 가공간극상태 검출용 직류전원의 출력전압을 변경제어한 경우의 가공간극전압의 검출동작을 도시한 타이밍도.

제7도는 종래의 장치를 도시한 회로도.

제8도는 종래의 장치에 의한 가공중의 가공간극의 전압파형과 전류파형을 도시한 도면.

제9도는 종래의 장치에 의해 무부하전압파형에서의 가공간극임피던스저하의 검출예를 도시한 가공간극전압파형을 도시한 도면.

제10도는 종래의 장치에 의해 정지시간중의 전압인가에 의한 가공간극임피던스의 검출예를 도시한 가공간극전압파형을 도시한 도면.

제11도는 종래의 장치에 의해 정지시간이 작은 가공조건에 있어서의 정지시간중의 가공간극전압파형을 도시한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전극 2 : 피가공물

3 : 가공용 전원 4 : 가공용 전원스위칭소자

5 : 가공전류제어용 저항 6 : 정류기

7 : 가공간극상태 검출용 직류전원 11 : 스위칭소자

12 : 정류기 13 : 제어회로

17 : 제어회로

본 발명은 방전가공장치의 전원에 관한 것으로써, 도전성의 금속 등의 재료를 전기방전시에 발생하는 고온에너지를 이용해서 용융가공을 실행하는 방전가공장치는 주지의 것이며, 이 방전가공장치에서는 통상 가공에너지를 규정하는 가공조건이 가공내용에 따라서 설정된다. 이 가공조건은 가공전에 미리 설정되는 것이지만, 이중 일부는 가공중의 상태에 따라서 자동적으로 변경, 제어되는 것이다.

방전가공장치에서는 통상, 기름 등의 절연물질로 구성된 가공액중에 도전성의 물질로 구성된 전극과 피가공물로 이루어지는 가공간극(이하, 극간이라 기술한다)이 존재하고, 이 극간에 방전을 발생시키기 위한 전원이 접속되어 있다. 이 방전가공장치의 전원은 일반적으로 직류전원이 사용되는 일이 많고, 전원과 가공간극 사이에는 가공에 기여시킬 펄스형상의 전압 및 전류를 공급하기 위해 충방전을 반복하는 콘덴서나 스위칭소자 등이 삽입되어 있다.

제7도는 방전가공장치의 종래의 전원회로의 1예이고, 제8도는 상기 전원회로의 동작에 의해 극간에 공급되는 전압파형과 전류파형을 도시하고 있다.

이들 도면에서, 가공형상을 규정하는 전극(1)과 피가공물(2)에 의해 구성되는 극간에는 가공용 직류전원(3)에서 가공용의 전기에너지가 공급된다. 이 전기에너지는 요구되는 가공속도나 마무리상태에 따라서 가공전류제어용 저항(5)에 의해 전류피크값 (이하, Ip라 기술한다)(25)가 제어된다. 가공전류는 통상 펄스로써 부여되지만, 이 펄스의 시간적 제어를 실행하는 것이 스위칭소자(4)이고, 이 가공전류제어용 저항(5) 및 스위칭소자(4)는 방전펄스의 계속시간(이하, TON이라 기술한다)(23)과 정지시간(이하, TOFF라 기술한다)(24)를 설정하는 것에 의해 그 설정에 따라 제어신호를 출력하는 제어장치(13)에 의해 제어된다.

또, 일반적으로 도면중에 도시되어 있지 않은 전극전송장치가 마련되어 있고, 피가공물(2)의 가공진행에 따라서 전극(1)을 보내는 것에 의해 극간거리를 일정하게 유지하여 방전을 접속시키고 있다. 또, 이 전극전송장치는 가공중에 가공찌꺼기(이하, 슬러지라 기술)등에 의해 극간이 단락하여 방전의 발생이 방해된 경우에 간극길이를 길게 해서 절연을 회복시키는 동작도 실행한다.

방전가공에서는 일반적으로 상기와 같은 전기회로가 구성되고, 가공내용에 따라서 상기 Ip(25), TON(23), TOFF(24)등 각 파라미터가 가공조건으로써 미리 설정된다.

그러나, 방전가공상태는 가공형상, 가공깊이 등의 영향을 받는 것에 의해 가공조건이 일정해도 반드시 동일한 상태라고는 할 수 없다.

예를들면 가공면적이 작은 가공인 경우는 상기 Ip(25), TON(23), TOFF(24)등이 동일하면 단위가공면적에 투입되는 방전에너지가 크게 되어 극간에 존재하는 슬러지가 많게 되므로, 가공상태가 다르게 된다. 또, 가공깊이가 깊게 되면 슬러지의 극간에서의 배출량이 작게 되므로 존재하는 슬러지는 역시 많게 되어 가공상태가 다르게 된다.

또, 나쁜 것으로는 방전가공의 경우 극간에 존재하는 슬러지의 양이 일정량을 초과하면 정상방전을 유지 할 수 없게 되어 전극(1)이나 가공물(2)를 손상시키는 집중방전(이하, 아크라 기술한다)상태에 이르고 만다.

이 때문에, 방전가공에서는 미리 설정되는 가공조건에 대해서 시시각각으로 변화하는 가공상태를 검출해서 가공조건을 변경, 제어하는 것이 실행된다. 특히, Ip(25)나 TOFF(24)는 극간상태를 제어할 수 있는 중요한 파라미터이며, 자동설정, 제어되는 일이 많다.

이 자동제어를 가능하게 하는 데에는 극간의 상태를 정확하게 검출, 파악할 필요가 있다. 극간상태의 검출방법의 하나로 극간의 절연저하도의 계측, 즉 극간의 저항값, 임피던스의 계측이 있다.

제9도는 극간의 전압파형을 사용해서 극간임피던스의 저하를 검출하는 것으로써, 종래 실행되고 있던 방법의 하나이다.

극간에 전압이 인가되고나서 방전을 개시하기까지의 소위 무부하시간은 가공용 직류전원(3)의 출력전압이 극간에 출력된다. 이것이 가공이 진행되어 극간에 도전성인 슬러지가 다량 개재하게 되면 무부하인 방전개시전의 극간전압이 저하해오는 것을 알 수 있다. 이 무부하전압이 미리 설정되어 있는 검출레벨(39)를 하회한 경우에 극간상태가 이상하다고 판단하여 TOFF(24)등의 가공조건을 변경시킨다.

그러나, 이 방법은 방전개시전의 전압저하인가 또는 방전개시에 의한 전압저하인가를 구별하는데 곤란한 일이 많다. 이러한 것도 극간이 이상상태로 되기 전의 방전에서는 방전개시에 의한 무부하전압에서 방전전압(48)로의 이행은 반드시 급준하지 않기 때문이다. 즉, 방전개시에 의한 전압의 저하가 극간이상상태라 판정되는 일이 있다. 이 오동작을 방지하기 위해서는 가공용 직류전원(3)의 출력전압을 높게해서 극간인가전압 (38)을 매우 높게 하는 것에 의해 판별을 용이하게 할 수 있지만 인가전압은 가공조건 그 자체의 하나로써 변경하는 것으로 가공상태가 변화되므로 일방적으로 변경할 수는 없다.

제10도는 극간임피던스를 검출하는 다른 방법이다.

방전전압이 인가되어 있지 않은 TOFF(24)중에 방전을 일으키지 않도록 방전전압(48) 이하의 전압(41)을 인가해서 이 전압이 일정검출레벨(42)를 하회한 경우 (43)에 이상이라 판정하는 방법이다.

이 방법은 방전에 관계없는 시간에 검출을 실행하고 있으므로, 오검출은 적어 정밀도가 높은 검출이 가능하다.

그러나, 마무리가공조건과 같이 정지시간이 수마이크로초의 매우 짧은 시간으로 되면, 회로의 반사파형이 상대적으로 크게 나타나서 정상상태로 되는 일없이 다음의 전압인가가 개시되므로, 정지시간중의 전압의 검출이 매우 곤란하게 된다. 제11도의 예는 정지시간중의 전압이 이상상태 검출레벨(46)의 상하로 변화하고 있는 것을 나타내고 있고, 이와 같은 경우는 이상상태를 오검출하고 만다.

또, 정지시간중의 전압인가는 극간의 이온소멸효과를 저하시켜서 절연처리를 초래하고, 결과로써 가공속도가 빨라지지 않게 되는 결점도 있다.

이와 같은 방전가공장치의 전원에는 아크 또는 그 앞의 상태를 검출해서 Ip나 TOFF등의 가공조건을 변경하는 제어가 실행되고 있지만, 그 원래로 되는 전극임피던스의 검출성능은 정밀도와 확실성의 점에서 이제까지 반드시 만족할 수 있는 것은 아니었다. 이 때문에 아크상태의 회피를 확실하게 할 수 없을 뿐만 아니라 최대가공속도가 용이하게 얻어지지 않는 등의 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 이 가공조건의 자동제어에 필요한 가공상태를 검출할 수 있는 방전가공장치의 전원을 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 방전가공장치의 전원은 가공용의 에너지를 공급하는 제1의 전원, 상기 제1의 전원의 출력전압보다 높은 출력전압을 갖는 것과 동시에 상기 제1의 전원의 출력임피던스보다 높은 출력임피던스를 갖는 제2의 전원 및 상기 제2의 전원의 출력임피던스를 가공조건에 따라서 변경하는 변경수단을 구비한 것이다.

또, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극전압을 가공조건에 따라서 설정된 설정값과 비교하고, 그 대소를 검출하는 검출수단을 구비한 것이다.

또, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극전압을 검출하고, 이것이 일정전압이하로 된 경우에 상기 제2의 전원의 출력임피던스를 내리는 제어를 실행하는 제어수단을 구비한 것이다.

또, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극전압을 검출하고, 이것이 일정전압이상으로 된 경우에 상기 제2의 전원의 출력임피던스를 올리는 제어를 실행하는 제어수단을 구비한 것이다.

또, 본 발명에 관한 방전가공장치의 전원은 가공용의 에너지를 공급하는 제1의 전원, 상기 제1의 전원의 출력전압보다 높은 출력전압을 갖는 것과 동시에 상기 제1의 전원의 출력임피던스보다 높은 출력임피던스를 갖는 제2의 전원 및 상기 제2의 전원의 출력전압을 가공조건에 따라서 변경하는 변경수단을 구비한 것이다.

또, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극전압을 검출하고, 이것이 일정전압이하로 된 경우에 상기 제2의 전원의 출력전압을 올리는 제어를 실행하는 제어수단을 구비한 것이다.

또, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극전압을 검출하고, 이것이 일정전압이상으로 된 경우에 상기 제2의 전원의 출력전압을 내리는 제어를 실행하는 제어수단을 구비한 것이다.

본 발명은 가공의 이상상태를 정확, 확실하게 검출할 수 있고, 그 검출결과에 따라서 전류피크값 Ip, 정지시간 TOFF등의 가공조건을 변경, 제어하여 어떤 가공조건에서도 가공간극의 아크상태를 회피한다.

또, 아크의 발생을 회피하면서 적절한 간극상태를 유지하여 항상 최대가공속도를 유지한다.

[실시예 1]

제1도는 본 발명의 1실시예의 장치의 회로도를 도시하고, 제2도는 그 실시예의 장치의 동작을 도시한 도면이다.

제1도에 도시한 실시예의 장치에서는 가공용의 에너지를 공급하는 가공전원회로, 즉 전극(1), 피가공물(2), 가공용 직류전원(3), 스위칭소자(4), 가공전류제어용 저항(5)로 구성되는 제1의 전원외에 극간상태 검출용 직류전원(7), 스위칭소자(11)과 그들을 각 가공조건과 극간상태의 검출결과에 대해서 설정제어하는 제어회로(17)로 구성되는 제2의 전원을 구비하고 있다. 또, 상기와 같이 2쌍의 전원으로 구성된 것으로 각전원이 서로 간섭하지 않도록 정류기(6)과 정류기(12)가 삽입되어 있다. (8)은 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력전압, (9)는 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력임피던스, (13)은 가공조건에 따라서 스위칭소자(4)의 개폐제어나 가공전류제어용 저항(5)의 값을 제어하는 제어회로를 나타내고 있다.

다음에 제2도를 사용해서 본 발명의 1실시예의 장치의 동작을 설명한다.

도면중, (31)은 극간상태 검출용 직류전원(7)을 도통시키는 스위칭소자(18)의 동작타이밍을, (32)는 가공용 직류전원(3)을 도통시키는 스위칭소자(4)의 동작타이밍을 나타내고 있다. 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력임피던스(9)를 가공용 직류전원(3)의 가공전류제어용 저항(5)의 값보다 높은 값으로 설정함과 동시에 극간상태 검출용 직류전원(7)의 전원전압(8)도 가공용 직류전원(3)의 전원전압보다 높게 설정해둔다. 통상 20V 이상 높게 설정하면 좋다.

극간에 전압을 인가할때에는 2쌍의 전원에서 인가한다.

현재, 극간에 슬러지가 적어 아크상태에서 조금 먼 상태에 있는 것으로 하면, 극간의 절연상태가 높아 임피던스는 매우 높으므로, 출력임피던스가 높은 극간상태 검출용 직류전원(7)에서 공급되는 전류에 의해 극간전압은 가공용 직류전원(3)에 의한 출력전압(28)보다도 높고, 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력전압(8)에 가까운 전압 (27)에서 검출된다.

이것이 가공의 진행과 함께 극간에 도전성의 슬러지가 개재하여 임피던스가 낮아져오면, 출력임피던스를 높게 설정해둔 극간상태 검출용 직류전원(7)에서는 충분한 전류가 공급되지 않게 되므로, 극간의 전압이 저하한다. 이것이 미리 설정된 검출레벨 (30)을 부호(29)로 표시한 바와 같이 하회한 경우에 극간이 이상상태로 되었다고 판정되어 검출신호(34)가 출력된다. TOFF 등의 가공조건은 이것에 따라서 변경하면 아크상태를 회피할 수 있다.

종래예에서 무부하시간(26)중에 인가하는 전압을 변경하면 가공조건이 변하는 것을 설명했지만, 본 발명의 실시예에서는 무부하시간중에 인가하는 전압은 가공전압보다도 높지만, 출력임피던스를 상대적으로 충분히 높게 설정하고 있으므로 극간에 부여하는 에너지는 작다. 이 때문에 가공상태는 거의 변화하지 않아 전압을 인가하는 것이 가능하게 된다. 검출레벨은 가공조건에 의해서 다르지만, 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력임피던스에 의해서도 변화해온다. 이 때문에 거친 가공조건부터 마무리가공조건까지의 넓은 범위의 가공조건에 대해서 각각 적절한 출력임피던스를 설정, 변경해주면 동일 검출레벨(30)에서 검출할 수 있는 것이다. 이 때문에 어떤 가공조건에 대해서도 가공상태에 여분의 변화를 주지 않고, 또한 검출정밀도를 유지할 수 있는 검출레벨을 설정할 수 있다. 종래예와 같이 무리하게 정지시간중에 전압을 인가해서 검출할 필요도 없게 되는 것이다.

제3도는 여러가지의 가공조건에 대해서 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력임피던스를 (49)∼(53)등으로 변경설정한 경우에 항상 동일한 검출레벨(54)에 의해서 같은 정도의 극간이상상태(55)가 검출되는 것을 나타낸 실시예이다.

[실시예 2]

극간의 이상상태는 즉 극간임피던스가 일정값보다 저하한 상태이다. 부호(54)와 같이 이상상태로 된 시점에서 그 타이밍을 검출할 뿐만 아니라 가공중의 극간임피던스를 시시각각으로 검출할 수 있으면 보다 섬세한 제어가 가능하게 된다.

제4도는 그 1예를 도시한 것이다.

일정한 검출레벨(37)에 대해서 극간임피던스가 높은 경우는 극간상태 검출용 직류전원(7)의 임피던스를 올리고, 극간임피던스가 낮은 경우는 극간상태 검출용 직류전원(7)의 임피던스를 내리는 제어를 실행하면 가공이 정상적인 상태에서는 극간상태 검출용 직류전원(7)의 임피던스는 일정한 범위내(57)∼(58)로 모아진다.

가공의 진행에 따라서 극간임피던스가 저하해오면 극간상태 검출용 직류전원 (7)의 임피던스도 모아진 값에서 벗어나 내려가기 시작하여 마침내 이상이라 판정되는 레벨(60)을 밑돈다. 이것은 제3도의 (55)와 동일한 타이밍이다. 이것을 기본으로 아크회피제어를 실행할 수 있다.

그러나, 이상상태의 검출에 의해, 말하자면 시향착오적으로 회피동작을 실행하고 있던 종래의 제어에 대해서 제4도의 예는 이상상태의 변화가 연속값으로써 파악되고 있으므로, 연속계의 제어방법을 도입할 수 있어 고속도, 고정밀도인 제어가 가능하게 된다. 즉, 보다 고효율이며, 고정밀도의 가공이 가능하게 된다.

[실시예 3]

이제까지 설명해온 실시예는 극간상태 검출용 직류전원(7)의 임피던스를 변화시키는 것에 의해 극간의 임피던스를 검출하는 것이지만, 극간상태 검출용 직류전원(7)의 임피던스를 직접 변화시키지 않고도 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력전압을 변화시키는 것에 의해서도 동일한 효과가 얻어진다.

제5도, 제6도는 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력전압을 변화시킨 경우의 1실시예를 도시한 도면이다.

제5도에서, 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력전압을 가공조건에 따른 설정값(68)로 선택한다. 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력전압을 변경하는 것에 의해 극간에 공급되는 전류를 변경할 수 있으므로, 출력임피던스를 변경하는 것과 마찬가지로 검출레벨을 변경하는 것이 가능하다.

제6도는 동일 가공조건에서 일정한 임계값에 대해서 극간상태 검출용 직류전원 (7)의 출력전압을 변경하는 경우의 실시예를 도시하고 있다. 임계값(81)에 대해서 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력전압(21)이 높은 경우는 출력전압을 내리고, 역으로 낮은 경우는 출력전압을 올리는 것에 의해서 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력전압을 항상 임계값(81)부근으로 유지할 수 있다. 이 때문에 극간상태 검출용 직류전원(7)의 출력전압을 인가하는 것에 의해 가공상태를 변화시키는 일없이 극간상태의 검출을 실행할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 극간상태의 정확한 검출이 가능하게 되어 가공간극에 있어서의 집중방전을 확실하게 회피하는 방전가공장치의 전원이 얻어진다.

또, 가공간극상태가 이상으로 된 시점에서 그 타이밍을 검출할 뿐만 아니라 가공중의 가공간극임피던스를 각각으로 검출하므로, 극히 섬세한 제어가 가능한 방전가공장치의 전원이 얻어진다.

또, 초기의 가공조건에 가공속도가 좌우되지 않으므로, 초기의 가공조건의 선택이 매우 용이하게 된다. 즉, 숙련된 작업자가 아니라도 적절한 가공을 실행할 수 있는 방전가공장치의 전원이 얻어진다.

Claims (8)

1. 방전가공장치의 전원에 있어서, 가공용의 에너지를 공급하는 제1의 전원, 상기 제1의 전원의 출력전압보다 높은 출력전압을 가짐과 동시에 상기 제1의 전원의 출력임피던스보다 높은 출력임피던스를 갖는 제2의 전원 및 상기 제2의 전원의 출력임피던스를 가공조건에 따라서 변경하는 변경수단을 구비한 방전가공 장치의 전원.
2. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극 전압을 가공조건에 따라서 설정된 설정값과 비교하고, 그 대소를 검출하는 검출수단을 구비한 방전가공장치의 전원.
3. 특허청구의 범위 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극전압을 검출하고, 이것이 일정전압 이하로 된 경우에 상기 제2의 전원의 출력임피던스를 내리는 제어를 실행하는 제어수단을 구비한 방전가공장치의 전원.
4. 특허청구의 범위 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극전압을 검출하고, 이것이 일정전압 이상으로 된 경우에 상기 제2의 전원의 출력임피던스를 올리는 제어를 실행하는 제어수단을 구비한 방전가공장치의 전원.
5. 방전가공장치의 전원에 있어서, 가공용의 에너지를 공급하는 제1의 전원, 상기 제1의 전원의 출력전압보다 높은 출력전압을 가짐과 동시에 상기 제1의 전원의 출력임피던스보다 높은 출력임피던스를 갖는 제2의 전원 및 상기 제2의 전원의 출력전압을 가공조건에 따라서 변경하는 변경수단을 구비한 방전가공장치의 전원.
6. 특허청구의 범위 제5항에 있어서, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극전압을 가공조건에 따라서 설정된 설정값과 비교하고, 그 대소를 검출하는 검출수단을 구비한 방전가공장치의 전원.
7. 특허청구의 범위 제5항 또는 제6항에 있어서, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 의해 발생하는 가공간극전압을 검출하고, 이것이 일정전압 이하로 된 경우에 상기 제2의 전원의 출력전압을 올리는 제어를 실행하는 제어수단을 구비한 방전가공장치의 전원.
8. 특허청구의 범위 제5항 또는 제6항에 있어서, 제2의 전원을 가공간극에 인가하는 것에 발생하는 가공간극전압을 검출하고, 이것이 일정전압 이상으로 된 경우에 상기 제2의 전원의 출력전압을 내리는 제어를 실행하는 제어수단을 구비한 방전가공장치의 전원.