KR20010040283A - 방전 가공 장치 - Google Patents

Abstract

공구 전극이 장착되는 전극 장착 장치(42)와 전극 장착 장치가 하단에 장착된 수직 방향으로 이동 가능한 퀼(14)과 퀼의 중심축에 관하여 대칭으로 퀼에 장착된 적어도 2개의 리니어 모터 이동자(43, 44)와, 2개의 이동자에 각각 마주대하는 적어도 2개의 리니어 모터 고정자(31, 32)와, 퀼에 작용하는 중력을 균형 잡는 장치(6)를 포함하는 방전 가공 장치. 밸런스 장치는 밸런스 력이 퀼의 중심축과 일치하도록 퀼과 동축에 배치된 에어 실린더(60)를 포함한다. 바람직하게는 퀼의 중심에 형성된 수직 방향으로 연장되는 구멍 내에 에어 실린더가 설치된다.

Description

방전 가공 장치{Electric discharge machining apparatus}

방전 가공 장치는 단단한 도전성 워크 피스를 몰드나 다이로 정밀 가공하기 위해서 광범위하게 사용되고 있다. 워크 피스는 가공 조 내에 배치된 테이블에 고정되고, 구리나 흑연의 공구 전극은 수직 방향으로 이동 가능한 퀼에 적당한 전극 장착 장치를 사용하여 장착된다. 가공 조는 등유와 같은 유전성 액으로 채워지고, 공구 전극은 워크 피스에 대단히 접근하여 위치 결정된다. 공구 전극과 워크 피스와의 간극은 갭이라고 하며, 그의 사이즈는 수 μm 내지 수십 μm 이다. 제어된 온 타임 동안 파워 펄스를 공구 전극과 워크 피스 사이에 인가함으로써, 갭 내의 유전성 액의 절연 특성이 파괴되어 방전이 발생한다. 상기 방전에 의한 열로 인해, 미량의 워크 피스 재료가 증발하거나 또는 용융하여 유전성 액으로 흐르게 된다. 방전 후에는 크레이터형상의 미세한 구멍이 워크 피스의 표면에 남는다. 온 타임이 종료함과 동시에, 제어된 온 타임이 시작된다. 상기 온 타임 동안의 파워 펄스의 인가를 정지함으로서, 갭 내의 유전성 액의 절연 특성을 회복된다. 방전 가공 장치는 통상적으로, 온 타임과 오프 타임을 1μsec 내지 수십 msec 사이에서 제어하여 파워 펄스를 반복하여 갭에 인가한다. 방전 가공 장치는 공구 전극을 워크 피스를 향해 Z축을 따라 강하시켜 갭을 일정한 사이즈로 유지한다. 공구 전극은 워크 피스에 접촉하지 않게 워크 피스로부터 미량의 재료를 제거할 수 있으므로, 양호한 거친 면을 갖고, 형상에 있어서 공구 전극에 상호 보완적인 구덩이가 정밀도 양호하게 워크 피스 내에 형성된다. 이러한 방전 가공 장치는 주행하는 와이어 전극을 사용하는 와이어 EDM(Wire EDM)과 구별하여, 싱커 EDM(Sinker EDM)라고 한다.

워크 피스로부터 제거된 파편을 갭으로부터 씻어내기 위해 갭을 경유하는 유전성 액의 흐름을 만들어내는 "플래싱" 동작이, 방전 가공에는 중요하다. 플래싱동작은 워크 피스로부터 제거된 파편과 공구 전극과의 사이에 발생하는 바람직하지 않은 2차 방전을 방지하여 오프 타임 동안의 확실한 절연의 회복에 공헌한다. 숙련된 작업자는 가공 전에, 신선한 유전성 액을 갭으로 보내주거나 오염된 유전성 액을 갭으로부터 흡인하기 위한 구멍을 공구 전극이나 워크 피스 내의 적당한 위치에 형성한다. 공구 전극의 사이즈나 형상과 관련하여 이와 같은 구멍의 형성이 제한되는 경우, 작업자는 유전성 액을 갭을 향해 분사하는 분사 장치를 적당한 위치에 배치한다. 플래싱은 보다 빠르게 보다 정밀도 양호하게 방전 가공을 행하기 위한 열쇠이지만, 갭의 전부에 걸쳐서 균일한 흐름을 만들어내기 위해서는 숙련이 필요하게 된다. 공구 전극을 주기적으로 Z축을 따라 급속하게 상승시키고 급속하게 하강시키어 갭 내의 오염된 유전성 액의 대부분을 워크 피스 내의 구덩이로부터 추방하는 "점프"라고 하는 동작이 알려져 있다. 점프 동작 중, 종래, 공구 전극은 수백 mm/min의 속도로 이동한다. 공구 전극의 왕복 거리가 크면, 보다 많은 신선한 액이 갭으로 유입되어 보다 많은 오염된 액이 갭으로부터 배출된다. 적어도 워크 피스 내에 형성되어 있는 구멍의 깊이 이상으로 공구 전극을 상승시키는 것이 바람직하다. 그렇지만, 점프 동작 중은 워크 피스로부터 재료의 제거가 행하여지지 않기 때문에, 과도하게 빈번한 점프 동작은 재료 제거 속도를 저하시킨다. 재료 제거 속도를 저하시키지 않고 이동량이 큰 점프 동작을 행하기 위해서, 중력 가속도(1G)를 초과하는 가속과 감속, 고속도로, 공구 전극을 이동시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 공구 전극과 도전성 워크 피스의 사이에 반복해서 방전을 발생하면서 공구 전극을 워크 피스를 향해 수직 방향으로 이송함으로써 원하는 형상의 구멍을 워크 피스 내에 형성하는 방전 가공 장치에 관한 것이다. 특히, 수직 방향으로 이동 가능한 토크에 작용하는 중력을 균형 잡는 밸런스 장치를 구비한 방전 가공 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 방전 가공 장치의 일실시예를 도시하는 측면도이다.

도 2는 도 1의 방전 가공 장치를 도시한 사시도이다.

도 3은 도 1의 방전 가공 장치를 도시한 에어 회로도이다.

도 4는 도 1의 브레이크 장치를 도시한 횡단면도이다.

도 5는 도 1의 브레이크 장치를 도시한 도이다.

도 6은 본 발명에 의한 방전 가공 장치의 제 2 실시예를 도시하는 측면도이다.

도 7은 도 6의 방전 가공 장치를 도시하는 사시도이다.

도 8은 본 발명의 방전 가공 장치의 제 3 실시예를 도시하는 측면도이다.

도 9는 도 8의 방전 가공 장치를 도시하는 사시도이다.

도 10은 도 8의 밸런스 장치를 도시하는 에어 회로도이다.단면도이다.

본 발명의 목적은 고가속도로 수직 방향으로 이동 가능한 퀼에 추종하여, 퀼에 작용하는 중력을 균형잡는 장치가 장착된 방전 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 하단에 전극 장착 장치가 장착된 퀼을 고가속도로 정확하게 수직 방향으로 이동시키는 방전 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 그밖의 목적은 이하에 이어지는 설명 중에 부분적으로 기술되며, 발명을 실천함으로써, 당업자에게 부분적으로 분명해지게 될 것이다.

상술의 목적을 달성하기 위해서, 워크 피스와 공구 전극과의 사이에 방전을 발생시키면서 공구 전극을 워크 피스를 향해 수직 방향으로 이동시킴으로써 워크 피스를 가공하는 본 발명의 방전 가공 장치는

수직 방향으로 이동 가능한 퀼과,

퀼의 하단에 장착된, 공구 전극을 장착하는 전극 장착 장치와,

퀼의 중심축에 관하여 대칭으로 퀼에 장착된 적어도 2개의 리니어 모터 이동자와,

2개의 이동자의 각각에 마주대하는 적어도 2개의 리니어 모터 고정자와,

밸런스 힘의 작용선이 퀼의 중심축에 일치하도록 퀼에 작용하는 중력을 균형잡는 장치를 포함한다.

바람직하게는 밸런스 장치는 퀼과 동축에 배치된 에어 실린더를 포함한다.

보다 바람직하게는 퀼은 그의 중심에 수직 방향으로 연장되는 구멍을 갖고, 에어 실린더가 그의 구멍 내에 배치된다.

도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 의한 방전 가공 장치의 일실시예가 기술된다.

도 1 중에 도시된 바와 같이, 공구 전극(도시되지 않음)이 장착되는 전극 장착 장치(42)는 퀼(41)의 하단에 고정되어 퀼(41)과 동축으로 배치되어 있다. 사각기둥모양의 퀼(41)은 수직으로 연장되는 원통형의 구멍을 그의 중심으로 갖고 있다. 퀼(41)은 2개의 리니어 모터에 의해 Z축을 따라 수직방향으로 고가속도로 이동 가능하다. 도시된 실시예에서는 리니어 모터 이동자는 영구 자석(44)과 자석판(43)으로 이루어지고, 리니어 모터 고정자는 요크(31)와 전기자 코일(32)로 이루어진다. 1열의 영구 자석(44)이 배치된 자석판(43)은 퀼(41)의 중심축에 관하여 대칭으로 퀼(41)이 마주 보는 평행한 측벽의 각각으로 고정되어 있다. 영구 자석(44) 각각은 토크의 맥동을 감소시키기 위해 수평방향으로부터 약간 기울여 자석판(43)에 장착되어 있다. 방전 가공기의 컬럼(1)이 베드(도시되지 않음) 상에 위치하고, 틀본체(2)가 컬럼(1)에 장착되어 있다. 전기자 코일(32)이 감긴 요크(31)는 1열의 영구 자석(44)과 마주보도록 틀본체(2)에 고정되어 있다. 퀼(41)이 마주 보는 양측면에서 발생하는 추력의 중심이 퀼(41)의 중심축과 일치하도록, 이동자와 고정자의 간극은 같은 사이즈에 유지되어 있다. 냉각액이 통과하는 관로(33)가 요크(31)속에 형성되어 있다. 전류가 코일(32)에 흐르면, 고정자와 이동자의 사이에 발생하는 추력에 의해서, 퀼(41)이 수직방향으로 이동한다. 퀼(41)의 이동의 한계를 정하는 스토퍼(45 및 46)가, 퀼(41)의 상단 및 하단에 각각 형성되고 있다. 스토퍼(45 및 46)는 그들이 틀본체(2)에 충돌했을 때에 충격을 흡수하는 탄성부재를 포함하고 있다. 퀼(41)은 가이드 레일(52)과 한 쌍의 리니어 모터 롤 베어링(51)으로 이루어지는 안내 장치에 의해서 안내된다. 가이드 레일(52)은 이동자가 형성되어 있지 않은 퀼(41)측면에 형성되고, 한 쌍의 리니어 모션 롤 베어링(51)은 틀본체(2)에 설치된 가이드 레일(52)에 결합한다.

1G 이상의 가속도로 수직으로 이동 가능한 퀼(41)에 작용하는 중력의 균형을 잡는 밸런스 장치(6)는 에어 실린더(60)와 공기 공급 장치(61)로 이루어진다. 에어 실린더(60)는 퀼(41)과 동축으로 퀼(41)의 구멍 내에 배치된 실린더(62)와, 실린더 내벽과 활주 이동 가능한 피스톤(63)과, 일단이 피스톤(63)에 연결된 피스톤 로드(64)를 포함한다. 실린더(62)의 플랜지부(65)가, 볼트에 의해서 퀼(41)의 상단에 강하고 견고하게 고정된다. 피스톤 로드(64)는 그 외의 끝에서 브래킷(7)에 지지된다. 브래킷(7)은 피스톤 로드(64)의 타단이 고정된 천판(71, 天板)과, 천판(71)을 지탱하는 측벽(72)으로 이루어진다. 측벽(72)은 틀본체(2)에 고정되어 있다. 실린더(62)는 퀼(41)의 바로 근방에 형성되어 있으므로, 에어 실린더(60)는 높은 응답성으로 퀼(41)의 이동에 추종할 수 있다.

도 3을 참조하여 공기 공급 장치(61)가 상세히 기술된다.

피스톤(63)보다 위의 실린더(62)내에 형성된 상측실(68)로 공기를 공급 또는 배출하는 공급구(66)가 실린더(62)에 형성되어 있다. 상측실(68) 중의 공기압이 소정의 값으로 유지되도록, 퀼(41)의 위치에 따라서 상측실(68) 중의 공기 량이 제어된다. 피스톤(63)보다 아래의 실린더(62)내에 형성된 하측실(69)은 소음기(67)를 통하여 대기로 개방되어 있다. 공기 공급 장치(61)는 컴프레서와 같은 공기원(61)으로부터 공급되는 압축 공기의 압력을 설정치로 유지하여 에어 실린더(60)를 제어한다. 공기 공급 장치(61)는 압축 공기로부터 먼지를 제거하는 필터(611)와, 압축 공기로부터 또한 오일 미스트를 제거하는 필터(612)와, 압축 공기를 소정의 압력으로 조정하는 에어 레귤레이터(613)를 포함하고 있다. 공기 공급 장치(61)는 또한, 고내로 상측실(68)내로 공기를 공급하거나 상측실(68)로부터 공기를 배출함으로써 상측실(68)내의 공기압을 설정치로 유지하는 하이 릴리프 에어 레귤레이터(614)를 포함하고 있다. 하이 릴리프 에어 레귤레이터(614)는 대용량의 릴리프 밸브를 구비한 대용량의 에어 레귤레이터이다. 퀼(41)의 강하에 의해서 상측실(68) 중의 공기압이 소정치보다 높아지게 되면, 하이 릴리프 에어 레귤레이터(614)는 릴리프 밸브를 개방하여 상측실(68)내의 공기를 공급구(66)로부터 고속으로 배출한다. 퀼(41)의 상승에 의해서 상측실(68)내의 공기압이 소정치보다 낮아지게 되면, 하이 릴리프 에어 레귤레이터(614)는 릴리프 밸브를 닫힌 상태에서 압축 공기를 공급구(66)로부터 상측실(68)로 고속으로 공급한다. 상측실(68)내의 공기압은 주로 퀼(41), 리니어 모터 이동자, 전극 장착 장치(42) 및 공구 전극 등의 질량에 의해 퀼(41)에 작용하는 중력을 균형 맞추는 밸런스 력이 발생하도록 설정되어 있다. 그의 설정치는 하이 릴리프 에어 레귤레이터(614)의 손잡이(도시되지 않음)에 의해 용이하게 변경 가능하다. 공기압은 기계에 장착되는 공구 전극의 중량 그대로, 예를 들면 2.5 내지 6kg/cm²의 범위에서 설정된다. 조작자가 용이하게 공기압을 설정할 수 있도록, 공기압의 눈금은 공구 전극의 중량과 관련시키는 것이 바람직하다.

이렇게 해서, 주로 퀼(41), 리니어 모터 이동자, 전극 장착 장치(42) 및 공구 전극을 포함하는 이동체의 중량이 리니어 모터에 부하가 걸리지 않으므로, 퀼(41)의 정지 중에는 전력이 절약된다. 또한, 밸런스 장치(6)는 리니어 모터의 출력을 경감하므로, 리니어 모터의 발열은 억제되고 리니어 모터 이동자는 경량화된다. 이동체 전체의 경량화는 이동체의 고가속도에서의 이동에 공헌한다. 실린더(62)와 퀼(41)은 동축으로 배치되어 있으므로, 에어 실린더(60)내에서 발생하는 밸런스 력의 작용선은 퀼(41)의 중심축에 일치한다. 또한, 밸런스 력의 작용선은 리니어 모터에 의한 추력의 중심에도 일치한다. 따라서, 굴곡 모멘트가 퀼(41) 및 에어 실린더(60)에 작용하지 않고, 퀼(41)의 이동의 직진성이 확보된다.

뜻하지 않게 공구 전극이 하강하여 워크 피스에 충돌하는 것을 방지하는 브레이크 장치(8)가 플랜지부(65)에 설치되어 있다. 도 4중에 도시되어 있는 바와 같이, 가압 부재(83)는 포트(82)로부터 브레이크 장치(8) 내로 공급된 압축 공기에 의해서, 한 쌍의 레버(84)를 개방하고 있다. 이 상태에서는 레버(84)와 일체의 한 쌍의 브레이크 슈(86)는 압축 오일 스프링(85)의 탄성력에 저항하여, 브레이크 장치(8)를 관통하고 있는 피스톤 로드(64)를 개방하고 있다. 압축 공기는 도 5에 도시되는 바와 같이, 공기원(618)으로부터 전자 밸브(1)를 통해 브레이크 장치(8)로 보낸다. 도 5를 참조하여, 정전이 발생했을 때의 브레이크 장치(8)의 동작을 이하에 기술된다. 참조 문자(EL 과 WP)는 각각, 공구 전극과 워크 피스를 나타내고 있다. 무정전 전원(91)은 정전을 검출하면 즉시로, 제어 장치(615), 모터 드라이버(10) 및 릴레이 회로(616)로 전력을 공급한다. 무정전 전원(91)은 전원(9)에 의해서, 언제나 충전되어 있다. 제어 장치(615)는 무정전 전원(91)으로부터 정전을 나타내는 신호를 수신하면, 퀼(41)을 소정 거리만큼 상승시키거나 혹은 정지시키는 제어 신호를 모터 드라이버(10)로 보낸다. 제어 장치(615)는 또한, 브레이크 장치(8)로부터 압축 공기를 배출시키는 제어 신호를 전자 밸브(81)용 릴레이 회로(616)로 보낸다. 전자 밸브(81)는 공기원(618)과 브레이크 장치(8)와의 사이의 공기의 유통을 중단하고, 브레이크 장치(8)의 포트(82)로부터 압축 공기를 배출한다. 압축 코일 스프링(85)의 탄성력이 브레이크 장치(8)내의 공기압보다 우수하면, 한 쌍의 브레이크 슈(86)는 피스톤 로드(64)를 누른다. 이렇게하여, 정전시에라도 퀼(41)의 낙하가 방지된다. 에어 실린더(60)에 공급되어 있는 공기의 압력이 매우 저하한 경우에도, 브레이크 장치(8)가 동작한다.

공기압의 이상한 저하는 에어 레귤레이터(613)와 에어 실린더(60)와의 사이에 설치된 압력 스위치(617)에 의해서 검출된다. 제어장치(615)는 압력 스위치(617)로부터 검출 신호를 수신하면, 경보를 발함과 동시에 정전시와 마찬가지로 브레이크 장치(8)를 동작시킨다.

도 6 및 7을 참조하여, 본 발명에 의한 방전 가공 장치의 제 2 실시예가 기술된다. 도 1 내지 도 5와 같은 요소에는 같은 참조 번호가 주어지고, 그의 설명이 생략된다.

브레이크 장치(8)는 컬럼(1)과 퀼(41)과의 사이에서 틀본체(2)에 고정되어 있다. 피스톤 로드(64)와 평행한 방향으로 이동 가능한 축(87)이 브레이크 장치(8)를 관통하고 있다. 가동축(87)은 틀본체(2)의 관통 구멍에 삽입된 베어링(88)에 의해서 안내되어 있다. 가동축(87)의 상단은 수평으로 연장되는 교판(73)에 의해서, 퀼(41)의 상단에 연결되어 있다. 브래킷(7)의 측벽(72)은 교판(73)이 통과하는 개구부를 갖고 있다. 이 실시예에서는 브레이크 장치가 퀼(41)의 상부에 배치되어 있지 않기 때문에, 기계의 헤드부의 높이가 작아진다.

도 7, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명에 의한 방전 가공 장치의 제 3 실시예가 기술된다. 도 1 내지 도 5와 같은 요소에는 같은 참조 번호가 주어지고, 그의 설명이 생략된다.

제 1 및 제 2 실시예와는 달리, 자석판(43)은 각각, 코일(1)의 수직면(1a)에 평행한 퀼(41) 측벽에 고정되어 있다. 그렇지만, 다른 실시예와 같이, 2개의 리니어 모터는 그들의 추력의 중심이 퀼(41)의 중심축에 일치하도록 배치되어 있다. 실린더(62)가 퀼(41)과 컬럼(1)과의 사이에서 퀼(41)과 평행하게 배치되도록, 에어 실린더(60)의 플랜지부(65)는 볼트에 의해서 틀본체(2)에 강하고 견고하게 고정된다. 퀼(41)과 동축으로 연장되는 지지 로드(74)의 하단이 퀼(41)의 상단에 고정되어 있다. 피스톤 로드(64)의 상단은 수평으로 연장되는 교판(73)에 의해서, 지지 로드(74)의 상단으로 연결되어 있다. 퀼(41)을 포함하는 이동체의 경량화가 최우선될 때에는 이와 같이, 에어 실린더(60)와 브레이크 장치(98)는 이동체로부터 배제된다. 도 10에 도시되는 바와 같이, 공기는 공급구(66)로부터, 피스톤(63)보다 하측의 실린더(62)내에 형성된 하측실(69)로 공급되거나 또는 하측실(69)로부터 배출된다. 하측실(69)내의 공기압이 소정의 값으로 유지되도록, 퀼(41)의 위치에 따라서 하측실(69)내의 공기 량이 제어된다. 피스톤(63)보다 하측의 실린더(62)내에 형성된 상측실(68)은 소음기(67)를 통하여 대기로 개방되어 있다.

본 발명을 개시된 폼에 한정하려고 의도하는 바는 아니다. 상술의 기술을 참조하여 많은 개량 및 배리에이션이 가능한 것은 분명하다.

예시된 실시예는 발명의 본질과 그의 실용적인 응용을 설명하기 위해서 선택되었다. 발명의 범위는 첨부의 특허청구의 범위에 의해서 정의된다.

Claims (8)

1. 워크 피스와 공구 전극과의 사이에 방전을 발생시키면서 공구 전극을 워크 피스로 향하여 수직 방향으로 이동시킴으로써 워크 피스를 가공하는 방전 가공 장치에 있어서,

   수직 방향으로 이동 가능한 퀼과,

   퀼의 하단에 장착된, 공구 전극을 장착하는 전극 장착 장치와,

   퀼의 중심축에 관하여 대칭으로 퀼에 장착된 2개이상의 리니어 모터의 이동자와,

   2개의 이동자의 각각에 마주대하는 2개이상의 리니어 모터의 고정자와,

   밸런스 력의 작용선이 퀼의 중심축에 일치하도록 퀼에 작용하는 중력을 균형 잡는 밸런스 장치를 포함하는 방전 가공 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸런스 장치는 퀼과 동축으로 배치된 에어 실린더를 포함하는 방전 가공 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 퀼은 그의 중심에 수직방향으로 연장하는 구멍을 갖고, 에어 실린더가 그의 구멍 내에 배치되는 방전 가공 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 밸런스 장치는 퀼과 동축으로 퀼에 고정된 실린더, 실린더의 내벽에 활주 이동 가능한 피스톤과, 피스톤에 접속된 고정 피스톤 로드를 포함하는 방전 가공 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 피스톤 로드에 제동력을 주는 브레이크 장치를 추가로 포함하는 방전 가공 장치.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 피스톤 로드와 평행하게 연장되는 가동축과, 가동축과 퀼을 연결하는 수평으로 연장되는 교판과, 가동축에 제동력을 주는 브레이크 장치를 포함하는 방전 가공 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 전극 장착 장치는 퀼과 동축에 배치된 방전 가공 장치.
8. 워크 피스와 공구 전극과의 사이에 방전을 발생시키면서 공구 전극을 워크 피스로 향하여 수직 방향으로 이동시킴으로써 워크 피스를 가공하는 방전 가공 장치에 있어서,

   수직 방향으로 이동 가능한 퀼과,

   퀼의 하단에 장착된 공구 전극을 장착하는 전극 장착 장치와,

   퀼의 중심축에 관하여 대칭으로 퀼에 장착된 2개이상의 리니어 모터의 이동자와,

   2개의 이동자의 각각에 마주대하는 2개 이상의 리니어 모터의 고정자와,

   퀼과 평행하게 고정된 실린더와,

   실린더의 내벽에 활주 이동 가능한 피스톤과,

   피스톤으로 접속된 피스톤 로드와,

   퀼에 고정된 퀼과 동축으로 연장하는 지지 로드와,

   피스톤 로드와 지지 로드를 연결하는 수평으로 연장하는 교판을 포함하는 방전 가공 장치.