KR100227399B1 - 새로운 구조의 프레임을 갖는 방전 가공기 - Google Patents

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Abstract

정지 공작물 가공용 방전가공기는 가공기의 가공헤드를 즉 툴을 Z축을 따라 이동시키는 장치와, 각각 이 가공기의 기준축 X 및 Y의 하나를 따라 슬라이드하는 2개의 캐리어트(chariots)를 갖고 가공헤드를 이들 축을 따라 이동시키는 교차 이동 시스템을 구비한다. 이의 메인프레임은 함께 결합하여 정사각형 공간의 경계를 정하는 4개의 수직벽부에 의해 구성되는 입방체 형태이고, 모든 벽부는 입방체의 하면을 형성하는 동일 기부에 및 입방체의 상면을 형성하는 개구가 파혀진 수평요소에 고정부착되고; 어셈블리는 가공헤드를 Z축을 따라 이동시키도록 한 장치와 교차 이동시스템의 캐리어트의 하나 이상에 의해 구성되며, 상기 입방체의 상면위에 장착되어 4개의 수직 벽부에 의해 경계가 정해지는 입방체의 가장자리에 의해 형성된 4개의 기둥상에 정착한다.
입방체의 상면에 파혀전 개구는 어셈블리를 적어도 X축 혹은 Y축 어느 하나를 따라 자유롭게 이동시키기에 적합하다. 가공 탱크와 작업 테이블은 가공 중 고정되고 입방체 내측에 위치된다.

Description

새로운 구조의 프레임을 갖는 방전 가공기
제1도 및 제2도는 본 발명의 일 실시예에 따른 방전 가공기에 대한 사시도.
본 발명은 방전 가공기(electrical discharge machining machine:(EDM) machine), 특히 방전 밀링기에 관한 것이다. 이 기술은 다음을 포함한다:3차원 캐버티(cavity) 혹은 솔리드(solid) 형태가, 바람직하게는 고속으로, 회전식 공구-전극을 사용하여 단순하면서 소망의 외형과는 무관한 형상의 공작물 전극을 공동화함으로써 가공된다. 이것은 복잡한 형상의 전극을 디자인하고 만드는 까다로운 작업을 단축시킨다. 본 출원인에 의한 전극을 디자인하고 만드는 까다로운 작업을 단축시킨다. 본 출원인에 의한 출원(E. 224) 혹은 EP 555818에 기재된 방법에 따라 연속적인 슬라이스에 의해 그리고 공구 전극의 마모를 보상하면서 가공하는 것이 가능하다. 가공은 고마모율로 실행되며, 여기서 단순 형상의 공구-전극의 길이가 급격히 감소되지만 어떠한 뚜렷한 측면 마모도 발생하지 않는다. 공동화 되어야 하는 3차원 용적의 기하도형적 배열(geometry)이 1세트의 거의 평행한 중첩층(혹은 슬라이스) 형태로 기억되어 있다. 공구-전극의 활동단(active end)이 이들 각각의 슬라이스 평면에서 왕복 이동하거나 또 다른 이동함으로써 이 슬라이스들을 가공될 캐비티의 바닥까지 계속적으로 부식시킨다. 활동단은 소위 "제로웨어(at zero wea)" 상태의 평면의 공구 경로를 따라 진행하고, 이 경로의 X좌표계 및 Y좌표계도 또한 기억된다.
EDM 다이 싱킹, 콘투어링 혹은 드릴링에서와 같이, 공구는 Z축을 따라 이동하는 회전식 가공헤드에 고정된 공구 홀더에 파지되고, 공작물은 정지상태이거나 또는 가공기의 메인프레임에 관여하지 않은 작업 테이블에 위치하여 고정된다. 가공헤드(및 공구)와 공작물 사이의 상태 이동(X축방향, Y축방향 이동)은 일반적으로 교차이동 시스템에 의해 얻어진다.
현재 알려진 방전 가공기는 다음과 같이 폭넓게 변형가능하다.
-헤드는 X축 및 Y축에 대해 정지상태로 있으며, X축 및 Y축을 따라 교차이동하는 시스템상에 장착된 공작물과 이의 작업대가 이동한다; -공작물과 이의 작업대는 정지상태로 있으며, Z축을 따라 이동가능하며, 그 위에 공구의 회전을 제공하는 성분과 가공헤드가 고정되며, X축 및 Y축을 따라 교차 이동하는 시스템에 의해 작동되는 유니트가 존재한다; -헤드가 작업영역의 양측상에서, 예를 들어 X축을 따라, 기부에 장착된 받침대(gantry)의 페디먼트(pediment)를 따라 이동한다; 받침대 또는 공작물 및 이의 작업대가 Y축을 따라 이동한다. 상기와 같은 변형은 방전 가공기용으로 사용되는 2개의 공지된 타입의 구조, 즉 칼럼(혹은 "C") 및 받침대에 해당한다. 이러한 두 경우에 있어서 메인프레임은 작업탱크를 지지하는 기부를 갖는다.
C구조에서, 수직컬럼은 이 기부에 견고하게 고정되고, 조작대는 이 칼럼상에 돌출되어 장착된다. 이 조작대는 Z축을 따라 이동하고 가공헤드와 공구의 회전을 제공하는 성분이 고정된 캐리어트를 지탱한다. X축 및 Y축을 따른 교차 미끄럼이동 시스템은 일반적으로 작업탱크 아래에서(이동가능한 것은 공작물임) 기부에 정착된다; 또한, 이 시스템은 가공헤드를 지지하는 가동성 캐리어트의 일단이나 칼럼에 부착되는 점에서 칼럼(단지 가공즈만이 가동성이 있다)에 결합될 수 있다.
받침대 구조에서, 2개의 칼럼 혹은 견부는 기부의 양측상에 올려져 크로스비임에 견고하게 장착되고, 이 크로스비임상에 Z축을 따라 이동 가능한 캐리어트가 장착되며, 이 캐리어트에 공구의 회전을 제공하는 성분 및 가공헤드가 고정되고, 이 가공헤드는 가공영역 및 작업탱크 위에 위치된다. 일반적으로 이 캐리어트는 또한 크로스 비임을 따라, 즉 X축을 따라 이동가능하다. 공작물을 가공헤드 아래로 가져가기 위하여 공작물 혹은 받침대는 Y축을 따라 이동가능하다.
이들 2개의 형태는 EDM와이어 절단에서도 찾아볼 수 있다. 받침대형 구조가 C형 구조보다 더 강성이면서 안정적이며 진동에 덜 민감하다고 알려져 있다. 하지만, 받침대형 구조의 단점은 공작물이 C형 가공기에 비해 접근성이 매우 낮다는 것이다. 이것이 받침대형 가공기가 공작물과 이의 고정 시스템을 지탱하면서 항상 받침대의 기둥에 대해 작업 테이블을 오프셋 시키도록 Y축을 따라 이동가능한 받침대를 갖는 이유다.
종래의 EDM다이 싱킹(다이 싱킹, 유성톱니바퀴식(planetary)다이 싱킹, 드릴링, 콘투어링)과 비교해서, EDM밀링은 대개 고밀도 전류(때때로 1 혹은 수백 암페어/cm2), 및 공구 전극의 고회전 속도(1 혹은 수천 r.p.m.)로 수행된다. 한편, 공구가 대개 중공인 소직경 실린더 형태로 되어 있으므로 종래 다이 싱킹에서 일반적으로 사용되는 공구에 비해 매우 가볍다. 또한, 공구 전극의 활동단은 부식층 각각의 평면에서 왕복 혹은 나선형 이동과 함께, 갑작스런 방향 변화로 이동한다. 마지막으로, 뚜렷한 측면 마모가 없도록 기계가공하기 위하여 상당한 고마모율이 이용되고(예를 들어 20 내지 50%), 공구 경로를 따른 전진 속도는 행성톱니바퀴식 다이 싱킹 혹은 콘투어링에서 보다 더 높은데, 예컨대 이 전진 속도는 약 10mm/sec이다. 방출되는 열이 더 크다는 점에 또한 주목해야 한다. 따라서, 구속 요건(constraints)이 종래 다이 싱킹에서와 같지 않고, 때때로 EDM와이어 절단 혹은 드릴링에서 발견되는 것과 더욱 비슷하다.
본 발명의 목적은, 특히 이동하기에 가능한 한 가벼운 중량 및 가능한 한 최대의 대칭성을 가지면서 모든 돌출 형상을 방지한 현재 알려진 구조에 비교해서 새로운 형태의 구속 요건에 더 적합한 X축, Y축 및 Z축의 배치를 찾는 것이다.
본 발명의 주체인 상기 구조는 청구항 제1항 내지 청구항 제5항에 정의된다.
종래의 EDM과 비교해서, 방전 가공기가 이들 구조 중의 어느 하나라는 사실에 따라, 본 발명에 따른 새로운 구조는 칼럼형 가공기도 엄격하게 말해서 받침대형 가공기도 아니다. 이것은 정지상태의 공작물 전극(메인프레임에 대해 고정되어 있음)을 기계가공하도록 된 새로운 형태의 EDM 기계장치이며; 이의 메인프레임은 작업영역에 접근가능하도록 적어도 일부가 넓게 컷아우트된 4개의 수직 벽부에 의해 한정된 입방체를 형성하고; 이들 벽부는 입방체의 하측 면을 형성하는 단을 기부에, 또한 그 내부가 컷아웃된 개구를 갖고 입방체의 상측면을 형성하는 수평 요소에 고정 부착되며; 이 상측 면은 기준축 X 및 Y를 따라 미끄럼이동하는 하나 이상의 캐리어트 및 가공헤드를 Z축을 따라 이동시키기 위한 장치로 구성된 어셈블리를 지지한다.
본 발명은 층을 EDM밀링기와 연결하여 적용한 출원인에 의해 갸량되었지만, 공구 이동에 대한 양호한 통제, 메인프레임의 안정성과 소형화 및 가공영역에 대한 양호한 접근성을 필요로 하는 다른 형태의 가공에도 매우 유리하게 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 새로운 개구형 입방체 구조는, 특히 이동시 질량이 2개가 아닌 4개의 지지점상에 놓이며, 이들 점들은 모두 동일한 단일 기부에 고정 부착되며; 모든 돌출 형상이 방지되고, 가공기는 전극의 고회전 속도에 의해 야기되는 진동을 보다 잘 흡수하고; 사용된 고회전 속도에도 불구하고 노이즈가 거의 제거되기 때문에 사용자의 편의대로 가공의 정확도와 신뢰성이 향상된다는 사실로 인해 공지의 받침대형 구조보다 더욱 안정적이다.
이러한 대칭 구조를 갖는 가공기는 열변형에 대해 우수한 내성을 가지며; 열변형이 일어나더라도 대칭 구조이므로 정확도에는 영향을 적게 끼치고; 작업탱크 내에 포함된 유전체조(dielectric bath)의 온도변화는 제어불가능하게 변형되는 가공기의 메인프레임에 불균일하게 전달되는 것이 아니라, 메인프레임에 균일하게 전달되어 결과적으로 가공기의 성분에 전달된다. 또한, 3개의 기준축 X, Y 및 Z를 따라 가공헤드를 작동시키는 2이상의 메카니즘이 메인 프레임의 "지붕상에서"배치되어 가공영역으로부터 이격되어 있기 때문에, 이들 메카니즘은 가공영역에서 방출된 열에 의한 영향을 매우 적게 받는다.
이러한 2개의 1차적 장점은 일체 구조 혹은 가공헤드를 기준축 X, Y 및 Z를 따라 이동시키는 수단의 어셈블 리가 병행출원(E. 228A)에 기재된 것과 같은 대칭구조를 갖는 구조로 이루어진 변형체의 경우에 또한 두드러진다. 메인프레임용으로 폴리머 콘크리이트, 특히 에폭시 수지 혹은 세라믹 파우더에 기초한 것들과 같이 양호한 열적 안정성을 갖는 재료를 사용하고, 가공 탱크용으로는, 예컨대 캐블라(Kevlar), 교차된 X축방향 및 Y축방향 이동 시스템용으로는 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다.
공작물 및 탱크가 고정되어 있다는 사실은 급속한 상대적 이동 및 특히 방전 가공 밀링에서 일상적인 X축, Y축에 따른 가속이 있을 때 작업 탱크로부터 유전체가 넘쳐흐르는 모든 문제를 제거한다. 그러나 특히 고정된 공작물을 사용하는 모든 가공기에 대해서, 가공정밀도 및 재생산성은 실질적으로 공작물 치수와 무게에 무관하다.
이러한 본 발명에 따른 구조는 Z이동 메카니즘이 크로스 비임에 배치된 2개의 X축방향 및 Y축방향 이동 캐리어트를 가로지르고; 따라서 Z축은 이들 캐리어트 중 하나의 대칭 중심을 통과하며, 항상 다른 축과 공통으로 한 점을 유지하는 특히 효율적인 변형체를 갖는다. 이러한 배열은 또한 가공기의 대칭을 강화시키며 특히 이동축을 따른 관성 모우멘트를 최대한 줄이므로 전술한 이점을 강화시킨다.
가공헤드를 메인프레임의 "지붕상에(on th roof)"에 배치된 3개의 기준축을 따라 작동시키는 2개 이상의 메카니즘을 갖는 본 발명에 따른 구조는 가공영역 주위의 영역을 자유롭게 하며; 따라서, 가공기는 더욱 컴팩트하고, 종종 부피가 큰 X축방향 및 Y축방향 이동의 높은 위치로 인해 2개 이상의 측면이 완전히 열려있기 때문에 더욱 더 접근이 용이한 가공영역을 갖는다.
또 다른 이점은 X축 및 Y축에 따른 이동이 어떠한 측면 장애물에 의해 제한되지 않는다는 것이다.
또한 입방체의 측면의 절개된 넓은 개구와 드롭 탱크 덕택에, 가공영역은 매우 접속가능하게 있다. 가공기의 기부는 더 이상 모든 측면이 밀폐되어 있고 그 위에 테이블을 갖는 케이슨(caisson)이 아니다. 입방체 내의 체적은 막혀있지 않으며, 예를 들어 유전체 회로를 구성하는 성분 및 공구용 체인지/컨테이너에 의해 효과적으로 점유될 수 있다. 입방체의 기둥들 혹은 가장자리들 사이의 모든 공간, 작업테이블 및 가공헤드는 공작물에 의해 점유될 수 있다.
이하, 본 발명은 두 실시예를 나타낸 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 기술한다. 본 발명의 범위내에서 도시된 기계장치에는 어떠한 형태의 변형도 가능하다.
제1도는 본 발명에 따른 기계장치의 메인프레임의 전방면과 하나의 측면을 나타낸 사시도이며, 이 메인프레임은 입방체 형태이다. 기부(1)가 이 입방체의 하부면으로 이루어져 있다. 이러한 입방체의 측면 중의 하나로 각각 이루어진 4개의 측면(2 내지 5)이 넓은 범위로 컷아웃되어 있으며, 또한 입방체의 에지를 따라 상부면(6)이 놓인 4개의 기둥을 유지하고 있다. 또한, 메인프레임으로는 3각형, 5각형, 6각형등과 같이 임의의 또 다른 다각형, 및 원형이 가능하고, 무제한적 수를 갖는 측면을 갖는 다각형도 가능하다.
상부면(6)은 2개의 레일(7, 8)을 갖고, 이 레일상에서 캐리어트(9)가 미끄럼이동하며, 이는 Y축을 따른 운동에 해당한다. 이 캐리어트(9)는 2개의 레일(10, 11)을 갖고, 이 레일상에서 캐리어트(12)가 미끄럼이동하며, 이는 X축을 따른 운동에 해당한다. 이 캐리어트(12)는 원형의 컷아웃을 갖고, Z축을 따라 이동하는 실린더형 축(13)을 유지하기 위한 수단(20)을 구비한다. 상부면(6)과 캐리어트(9) 모두는 축(13)이 X축과 Y축을 따라 자유롭게 이동하도록 하고, 계속해서 이러한 캐리어트(9, 12)가 이동할 수 있도록 적절히 컷아웃된 공간(21, 22)을 각각 갖는다. 이러한 레일(7, 8, 10, 11)에는 전응력(prestress)이 제공되는 것이 바람직하며, 이 전응력은 캐리어트(9, 12)의 하부면상에 장착된 공지된 형태의 슬라이드의 운동을 안내하도록 작용한다. 이러한 레일 및 슬라이드는 상당한 강도를 가지며, 정밀하고 재생가능한 가공을 가능하게 한다.
벨로우즈(도시되지 않음)가 축(13)에 장착되어 도면에서는 가시화되지 않은 회전 스핀들을 가공용 액체로부터 격리시키며, 이 액체는 가공 영역을 냉각하고 EDM가공에서의 파편을 제거하기 위하여 가공기 헤드로부터 분사되고, 또한 이 회전 스핀들을 가공 배스(machining bath)로부터의 증기와 연무로부터 격리시킨다. 이 축(13)은 가공 헤드와 Z축의 성분을 포함한다. 이 회전 스핀들에는 공구(15)를 파지하는 공구 홀더(14)를 고정시키기 위한 수단(도시되지 않음)이 장착된다. 일반적으로 가공 작업 중에 투명한 형태로도 가능한, 측면(5)용 (5a)로 도시된 가동형 보호 패널이 측면(2, 5)에 제공된 개구를 덮을 수 있다.
유압 또는 공기압 시스템(28, 19)(칼럼 (18)에 의해 감춰진 제3의 시스템은 도시되지 않음)로 인해, 작업 탱크(16)가 칼럼(18)을 따라 하부로 이동할 수 있으며, 이 작업 탱크는 공작물(공작물과 이의 고정 장치는 도시되지 않음)을 유지하도록 된 작업 테이블(17)을 지지한다.
제2도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 또 다른 기계장치에 메인프레임의 전방 측면 및 하나의 측면의 단순화된 사시도이며, 메인프레임의 상부면(30)에는 2개의 레일(37, 38)이 장착되어 있으며, 이 레일상에서 캐리어트(39)가 Y축을 따라 미끄럼이동한다. 이 캐리어트(39)에는 2개의 레일(40, 41)이 끼워맞춤되며, 이 레일을 따라 캐리어트(32)가 X축을 따라 미끄럼이동한다. 이 캐리어트(32)는 Z축을 따라 이동하는 실린더형 축(33)을 유지하기 위한 수단을 갖는 측면 중의 하나에 설치된다. 제1바람직한 실시예와 비교해서, 축(33)은 캐리어트(32)의 대칭성 중앙부를 가로질러 더 이상 신장하지 않는다. 표면(30)과 캐리어트(39) 모두는 이 축(33)이 X축과 Y축을 따라 자유롭게 이동하도록 하고, 계속해서 이러한 캐리어트(39, 32)가 이동할 수 있도록 적절히 컷아웃된 공간(31, 34)을 각각 갖는다.

Claims (5)

  1. 방전 가공기의 가공헤드를 Z축을 따라 이동시키고, 이 헤드상에 장착된 전극/공구를 회전시키도록 된 장치와, 각각이 방전 가공기의 기준축 X 및 Y중의 하나를 따라 미끄럼이동하는 2개의 캐리어트로 이루어지고, 상기 가공헤드를 이들 축들을 따라 이동시키도록된 교차 미끄럼이동 시스템을 구비하는, 정지상태의 공작물을 고마모율로 가공가능한 방전 가공기에 있어서, 메인프레임이 정사각형 공간의 경계를 정하기 위하여 상호 결합된 4개의 수직벽부로 이루어지고, 상기 모든 벽부는 입방체의 하부면을 형성하는 동일 기부에, 그리고 입방체의 상부면을 형성하는 내부가 컷아웃된 수평요소에 고정부착되며, 가공헤드를 Z축을 따라 이동시키도록 된 장치와 교차 미끄럼이동 시스템의 하나 이상의 캐리어트로 이루어지는 어셈블 리가 상기 입방체의 상부면 위에 장착되어, 상기 4개의 수직벽부에 의해 경계가 정해지는 입방체의 가장자리에 의해 형성된 4개의 기등상에 위치하고-상기 입방체의 상부면에 컷아웃된 상기 개구는 상기 어셈블리를 적어도 X축 또는 Y축 중의 어느 하나를 따라 자유롭게 이동시키기에 적합하고, -가공 탱크와 작업 테이블은 가공중 고정되어 있고, 상기 입방체 내측에 위치되며, -작업테이블에 접근이 용이하도록 상기 4개의 수직벽부 중 적어도 일부는 넓게 컷아웃된 것을 특징으로 하는 방전 가공기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가공헤드를 Z축을 따라 이동시키도록 된 상기 장치는 교차 미끄럼이동 시스템의 하나 이상의 캐리어트를 가로질러, 바람직하게 Z축은 이 캐리어트의 대칭 중심과 동일함을 특징으로 하는 방전 가공기.
  3. 제1항에 있어서, 이 개구 입방체 구조는 일체 구조로 만들어지는 것을 특징으로 하는 방전 가공기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가공 탱크는 드롭 탱크형임을 특징으로 하는 방전 가공기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 교차 미끄럼이동 시스템의 제2캐리어트는, 제1캐리어트 위에서 또는 아래에서, 상기 입방체의 상부면 위에 또한 장착되어, 바람직하게는 가공 헤드를 Z축을 따라 이동시키도록 된 상기 장치가 상기 2개의 캐리어트의 중첩을 가로질러 상기 Z축은 이들 캐리어트 중의 하나의 대칭중심과 동일하고, 이것은 일점을 제2캐리어트의 대응하는 축과 공통으로 유지하는 것을 특징으로 하는 방전 가공기.
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