KR20160116181A - Method for shape processing using waterjet and apparatus for shape processing using waterjet - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 워터제트에 의하여 피가공물의 형상을 가공하는 형상 가공 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a shape processing method and apparatus for machining a shape of a workpiece by means of a water jet.
워터제트 가공 기술은 물을 고압으로 분사하여 피가공물을 가공하는 가공 기술이다.Waterjet processing technology is a processing technology that processes water by spraying it at high pressure.
워터제트(Water-Jet) 기술의 원리는 자연계에서 흔히 볼 수 있는 물에 의한 침식작용이다. 즉 고속의 워터제트가 피가공물에 부딪히는 충격에 의하여 피가공물이 침식되어 절삭되는 현상을 이용한 기술로, 최근에는 절삭 능력을 증강시키기 위해 연마재(abrasives:硏磨材)를 첨가한 워터제트로 인해 거의 모든 재료의 절단 및 절삭에 응용이 가능한 실정이다.The principle of water-jet technology is water erosion, which is common in nature. In other words, a technique using a phenomenon in which a workpiece is eroded and cut by a shock caused by a high-speed water jet colliding with a workpiece is used. In recent years, due to a water jet added with abrasives, It is applicable to cutting and cutting of all materials.
워터제트 절단장치는 기본적으로 고압 발생장치와 분사 노즐의 2부분으로 나누어진다. 고압 발생장치는 원하는 압력으로 물을 가압하는 장치로 4000bar 이상까지의 압력으로 물을 연속적으로 가압하는 펌프가 실용화되어 사용되고 있으며, 분사 노즐은 고압의 물을 고속의 워터젯으로 바꾸어 주는 기능을 가진다. 분사 노즐은 보통 사파이어나 다이아몬드 같은 초경재료로 제작하며 분사 노즐의 구멍 직경은 대개 1mm이하이다.The water jet cutting device is basically divided into two parts, a high pressure generating device and an injection nozzle. The high-pressure generating apparatus is a device for pressurizing water at a desired pressure, and a pump for continuously pressurizing water at a pressure of 4000 bar or more is put into practical use. The injection nozzle has a function of changing high-pressure water into high-speed water jet. Injection nozzles are usually made of a carbide material such as sapphire or diamond, and the diameter of the injection nozzle is usually less than 1 mm.
워터젯 절단장치는 크게 워터젯 기류에 연마재가 혼합되어 분사하는 건식 방식과, 미리 연마재를 물과 혼합하여 분사하는 습식 방식으로 구분될 수 있다.
The water jet cutting apparatus can be largely divided into a dry method in which an abrasive material is mixed with a water jet stream and a wet method in which an abrasive material is mixed with water in advance and sprayed.
한편, 난삭재란 고강성 및 초령량 등 기계적 성질이 매우 우수한 반면, 절삭 가공이 어려운 소재로 분류되는 재료들로서, 티타늄, 인코넬, 알루미늄 합금, CFRP(carbon fiber reinforced plastic) 등과 같이 내열성, 내식성 및 내마모성이 우수한 소재를 의미한다.On the other hand, hard-to-break materials are excellent materials with high mechanical properties such as high stiffness and grain size, but are classified as hard-to-cut materials. They are resistant to heat, corrosion and abrasion such as titanium, inconel, aluminum alloy, carbon fiber reinforced plastic This means excellent material.
이와 같은 난삭재의 수요는 지속적으로 증가하고 있으며, 현재까지 난삭재의 형상 가공은 주로 공구에 의한 기계 가공에 의지하고 있는 결과, 공구의 잦은 교체와 짧은 수명 등과 같이 가공 작업성의 저하가 문제가 되고 있다.
The demand for such hard materials is continuously increasing. As a result, the shape processing of hard materials is mainly dependent on the machining by the tools, and as a result, the workability of the work such as frequent replacement of tools and short life span has been a problem.
즉 난삭재의 가공 시에는 공구마모가 빠르고 절삭온도 및 절삭저항이 크며, 표면조도가 크고 절삭칩이 날에 융착하는 현상이 발생한다. 따라서 난삭재는 소재에 따라 가공 시의 급격한 소성변형, 절삭공구의 급격한 마모 및 공구와의 화학반응 등 다양한 특성을 고려해야 한다. 예를 들어, 신비의 금속이라 일컫는 티타늄 및 그 합금의 경우 내열성, 내식성 및 내마모성이 우수하고 열전도도와 전기전도도가 다른 금속에 비하여 낮기 때문에 가공 시 공구의 온도가 높아지고 공구의 마모가 빠르게 진행되어 공구파손이 쉽게 발생한다. 또한 황동, 구리, 알루미늄 및 그 합금과 같이 일반적으로 연성이 큰 금속의 경우에는 가공 시 절삭성이 좋지 않기 때문에 가공 후 표면조도가 커져 정밀가공에 어려움이 많다.That is, when the hard material is machined, the tool wear is quick, the cutting temperature and the cutting resistance are large, the surface roughness is large, and the cutting chip fuses to the blade. Therefore, it is necessary to take into consideration various characteristics such as abrupt plastic deformation during machining, rapid abrasion of cutting tool and chemical reaction with tools depending on the material. For example, titanium and its alloys, which are called mysterious metals, are excellent in heat resistance, corrosion resistance and abrasion resistance, and thermal conductivity and electrical conductivity are lower than those of other metals. This happens easily. In addition, in the case of a metal having a large ductility such as brass, copper, aluminum and alloys thereof, the machinability is not good during machining, so that the surface roughness after machining becomes large, which makes it difficult to carry out precision machining.
또한 기존 절삭 가공공정에서 과다한 절삭유 사용으로 인한 가공비용 및 에너지소모 증가, 환경오염 및 낮은 효율성 등의 문제를 개선하기 위하여 절삭유를 최소화하거나 절삭유를 사용하지 않으면서 가공효율을 높이는 가공기술이 절실히 요구되고 있다. 특히, 난삭재 가공 시 발생하는 높은 가공온도는 공구의 마모와 소재의 표면품질을 저하시키는 주요 원인이 되기 때문에, 이 온도를 낮추기 위해 주로 절삭유(cutting fluids)를 사용하고 있지만, 이러한 절삭유의 사용에 따른 악취, 연기 및 박테리아 등은 작업자의 건강을 위협하는 요인이며, 절삭유의 폐기에 따른 환경오염의 원인이 되고 있다. In addition, in order to solve problems such as increase of processing cost, energy consumption, environmental pollution and low efficiency due to the use of excessive cutting oil in the conventional cutting process, it is required to minimize the cutting oil or to increase the processing efficiency without using cutting oil have. Particularly, since the high machining temperature generated in the machining of the hard material is a main cause of the decrease of the wear of the tool and the surface quality of the material, cutting fluids are mainly used for lowering the temperature. However, Odor, smoke, and bacteria are the factors that threaten workers' health and cause environmental pollution due to the disposal of cutting oil.
한편 친환경 가공기술로서는 건식가공 또는 극소량의 절삭유를 사용하는 친환경 가공기술 관련 개발과 친환경 가공을 위한 공구개발로 나눌 수 있다.On the other hand, eco-friendly processing technology can be divided into development related to eco-friendly processing technology using dry processing or a very small amount of cutting oil and development of tools for eco-friendly processing.
친환경 가공기술로는 액체질소(-196°C)를 사용하는 극저온 가공기술, 레이저 보조가공(Laser assisted machining)기술, 극소량윤활(Minimum Quantity Lubrication)가공기술 등이 있다.Eco-friendly processing technologies include cryogenic processing technology using liquid nitrogen (-196 ° C), laser assisted machining technology, and minimum quantity lubrication processing technology.
공구개발로는 공구의 소재 개발, 마찰계수가 작거나 윤활기능이 있는 코팅개발 등이 있다.
Tool development includes development of tool materials, development of coatings with low coefficient of friction or lubrication.
상기와 같이 현재까지의 난삭재 가공은 고가의 난삭재용 공구를 사용하여 절삭 등의 작업을 하였으며, 이로 인하여 무수히 많은 문제가 발생하였다. 본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 감안하여, 공구(접촉식)를 사용하지 않고 비접촉식으로 난삭재를 절삭할 수 있는 획기적인 워터제트 시스템 가공 기술을 개발하고자 하는 것이다.
As mentioned above, until now, the hard machining of the hard machining has been performed by using the expensive hard machining tool, resulting in a myriad of problems. SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-described prior art, the present invention is to develop a revolutionary water jet system processing technology capable of cutting a difficult material in a non-contact manner without using a tool (contact type).
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 요구되는 형상 데이터를 입력받아 형상 가공 모델링을 수행한 후, 형상 가공 프로그램이 형상 가공 모델링에 따라 워터제트 분사의 위치, 방향, 속도 등을 제어하는 동시에 워터제트의 압력 및 연마재량의 가공조건을 제어하는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for processing a water jet, the method comprising: receiving shape data required to perform shape processing modeling; thereafter, the shape processing program controls the position, direction, The pressure of the jet and the processing conditions of the polishing amount.
본 발명의 다른 사상으로서, 요구되는 형상 데이터를 입력받아 형상 가공 모델링을 수행하는 형상 가공 모델링부와, 상기 형상 가공 모델링부가 수행한 형상 가공 모델링에 따라 워터제트 분사의 위치, 방향, 속도 등을 제어하는 동시에 워터제트의 압력 및 연마재량의 가공조건을 제어하는 형상 가공 프로그램이 탑재된 워터제트 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
In accordance with another aspect of the present invention, there is provided an image processing system including a shape machining modeling unit that receives shape data and performs shape machining modeling, and a control unit that controls a position, a direction, and a velocity of the water jet spray in accordance with the shape machining performed by the shape machining modeling unit And a water jet control unit mounted with a shape processing program for controlling the processing conditions of the water jet pressure and the polishing amount.
상기와 같이 본 발명은, 공구(접촉식)를 사용하지 않고 비접촉식으로 난삭재를 절삭할 수 있는 획기적인 워터제트 시스템 가공 기술을 제공하게 된다.As described above, the present invention provides an innovative water jet system processing technology capable of cutting difficult-to-break materials in a non-contact manner without using a tool (contact type).
이와 같은 본 발명은, 워터제트 가공의 상태 감시 기술을 확보하여 기존 AWJ(Abrasive 워터젯)의 성능보완 및 대체 기술로서 제공되며, 항공기 및 복합소재(세라믹 등)의 다양한 절삭 시스템을 위한 워터젯 절삭 머신의 다양성 확보가 가능하게 된다.The present invention provides a water-jet cutting machine for a variety of cutting systems of aircraft and composite materials (ceramics, etc.), which is provided as a complementary and alternative technology to existing AWJ (Abrasive waterjet) Diversity can be secured.
또한 워터제트 가공 조건 감시 모니터링 기술 개발은 안정적인 워터제트 가공기술의 확보를 통한 고가 소재에 대한 품질 확보 및 불량률 감소로 인하여 수율이 개선됨으로써 워터제트 가공기술의 적용이 용이하여 고가의 소재에 대한 가공 다양성 확보가 가능하게 된다.In addition, development of water jet processing condition monitoring and monitoring technology can improve water jet processing technology by securing quality of high-priced materials and reducing defective rate through securing stable water jet processing technology, and thus it is easy to apply water jet processing technology, .
또한 워터제트 가공은 절삭유가 불필요하게 되어, 청정 가공 기술에 해당되며, 이와 같은 상태 감시 기술 및 자동화 기술은 레이저 절단 등 기타 가공 공정의 자동화 기술에 확장이 가능하다.In addition, water jet machining eliminates the need for cutting oil and corresponds to clean machining technology. Such state monitoring technology and automation technology can be extended to other automation technologies such as laser cutting.
또한 연마재 재생 장치 및 물 재생장치는 고가의 입자 재활용 및 재생기술로 확장이 가능하다.In addition, the abrasive regenerator and the water regenerator can be extended to expensive particle recycling and regeneration technologies.
또한 본 발명에 의하여 고가의 절단 장비를 대체함으로써 수입대체효과가 예상되며, 조선·해양플랜트, 자동차, 항공기, 복합소재 부품의 개발단계에서 워터젯을 이용한 절단기술 공법을 적용하여 국가적인 원가절감 효과를 볼 수 있고, 반도체, 전자 및 항공 등의 다양한 부품생산라인에 투입되어 부품의 경쟁력 확보가 가능하다.In addition, by replacing expensive cutting equipment according to the present invention, import substitution effect is anticipated. In the development stage of shipbuilding and offshore plant, automobile, aircraft, and composite material parts, waterjet cutting technology is applied, And it can be applied to various parts production lines such as semiconductors, electronics, and aviation, thus securing competitiveness of parts.
또한 청정 워터제트 가공 시스템의 자동화, 가공 감시 시스템 및 재생장치를 통해 생산 환경이 청정화, 단순화 및 안전화됨으로써 작업 환경이 개선될 수 있으며, 자동화 및 가공 감시 시스템의 통한 안정적 가공 시스템 제공은 비숙련자의 조작 및 생산이 가능하므로 고용창출의 확대가 예상되며, 연마재 및 물 재생 장치 개발을 통한 자원 재활용 및 청정 생산 시스템 구축이 가능하며, 가공 상태를 작업자가 아닌 센서로 실시간 감시가 가능해져 안전사고의 위험을 줄일 수 있다.
In addition, the working environment can be improved by purifying, simplifying and securing the production environment through the automation, processing monitoring system and reproducing device of the clean water jet processing system, and providing stable processing system through automation and processing monitoring system It is possible to recycle resources and develop clean production system through development of abrasive and water reclamation device. It is possible to monitor the processing status in real time by sensors, not workers, Can be reduced.
도 1은 본 발명에 의한 워터제트를 이용한 형상 가공 방법 및 장치를 보이는 모식도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a method and an apparatus for machining a shape using a water jet according to the present invention. FIG.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention in the drawings, portions not related to the description are omitted, and like reference numerals are given to similar portions throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.
본 실시예의 워터제트를 이용한 형상 가공 방법 및 장치는, 3차원 형상의 난삭재의 1차 가공을 위하여 주로 이용될 수 있다.The shape machining method and apparatus using the water jet of this embodiment can be mainly used for the primary machining of the three-dimensional shaped hard materials.
본 실시예의 워터제트를 이용한 형상 가공 방법 및 장치는 아래와 같이 구성된다.The shape processing method and apparatus using the water jet of this embodiment are configured as follows.
제어장치는 요구되는 형상 데이터를 입력받아 이에 의하여 워터제트 형상 가공 모델링을 수행한 후, 형상 가공 프로그램에서는 워터제트 분사의 위치, 방향, 속도를 제어하는 동시에, 압력, 연마재량 등의 가공조건을 제어하게 된다.The control device receives the desired shape data and performs the water jet shape machining modeling. Then, the shape machining program controls the position, direction and speed of the water jet spraying and controls the machining conditions such as the pressure and the polishing material amount .
특히 워터제트 가공 모델링과 형상 가공 프로그램은 워터제트 분사 헤드와 피가공물의 가공 상태를 모니터링한다.In particular, water jet machining modeling and shape machining programs monitor the waterjet jet head and the machining conditions of the workpiece.
또한 형상 가공 프로그램의 가공조건을 제어한다는 것은 초고압 펌프 장치의 펌핑 압력을 제어하거나 연마재 공급 장치의 연마재 공급량을 제어한다는 것을 의미한다.Controlling the machining conditions of the contour machining program also means controlling the pumping pressure of the ultra-high pressure pumping device or controlling the abrasive feed rate of the abrasive feeder.
이와 같은 본 발명의 워터제트를 이용한 형상 가공 방법 및 장치는 도 1과 같이 도식화될 수 있다.The shape processing method and apparatus using the water jet of the present invention as described above can be schematized as shown in Fig.
도 1은 본 발명에 의한 워터제트를 이용한 형상 가공 방법 및 장치를 보이는 모식도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a shape processing method and apparatus using a water jet according to the present invention. FIG.
이와 같은 본 발명은, 워터제트 가공의 상태 감시 기술을 확보하여 기존 AWJ(Abrasive 워터젯)의 성능보완 및 대체 기술로서 제공되며, 항공기 및 복합소재(세라믹 등)의 다양한 절삭 시스템을 위한 워터젯 절삭 머신의 다양성 확보가 가능하게 된다.The present invention provides a water-jet cutting machine for a variety of cutting systems of aircraft and composite materials (ceramics, etc.), which is provided as a complementary and alternative technology to the existing AWJ (Abrasive waterjet) Diversity can be secured.
또한 워터제트 가공 조건 감시 모니터링 기술 개발은 안정적인 워터제트 가공기술의 확보를 통한 고가 소재에 대한 품질 확보 및 불량률 감소로 인하여 수율이 개선됨으로써 워터제트 가공기술의 적용이 용이하여 고가의 소재에 대한 가공 다양성 확보가 가능하게 된다.In addition, development of water jet processing condition monitoring and monitoring technology can improve water jet processing technology by securing quality of high-priced materials and reducing defective rate through securing stable water jet processing technology, and thus it is easy to apply water jet processing technology, .
또한 워터제트 가공은 절삭유가 불필요하게 되어, 청정 가공 기술에 해당되며, 이와 같은 상태 감시 기술 및 자동화 기술은 레이저 절단 등 기타 가공 공정의 자동화 기술에 확장이 가능하다.In addition, water jet machining eliminates the need for cutting oil and corresponds to clean machining technology. Such state monitoring technology and automation technology can be extended to other automation technologies such as laser cutting.
또한 연마재 재생 장치 및 물 재생장치는 고가의 입자 재활용 및 재생기술로 확장이 가능하다.In addition, the abrasive regenerator and the water regenerator can be extended to expensive particle recycling and regeneration technologies.
또한 본 발명에 의하여 고가의 절단 장비를 대체함으로써 수입대체효과가 예상되며, 조선·해양플랜트, 자동차, 항공기, 복합소재 부품의 개발단계에서 워터젯을 이용한 절단기술 공법을 적용하여 국가적인 원가절감 효과를 볼 수 있고, 반도체, 전자 및 항공 등의 다양한 부품생산라인에 투입되어 부품의 경쟁력 확보가 가능하다.In addition, by replacing expensive cutting equipment according to the present invention, import substitution effect is anticipated. In the development stage of shipbuilding and offshore plant, automobile, aircraft, and composite material parts, waterjet cutting technology is applied, And it can be applied to various parts production lines such as semiconductors, electronics, and aviation, thus securing competitiveness of parts.
또한 청정 워터제트 가공 시스템의 자동화, 가공 감시 시스템 및 재생장치를 통해 생산 환경이 청정화, 단순화 및 안전화됨으로써 작업 환경이 개선될 수 있으며, 자동화 및 가공 감시 시스템의 통한 안정적 가공 시스템 제공은 비숙련자의 조작 및 생산이 가능하므로 고용창출의 확대가 예상되며, 연마재 및 물 재생 장치 개발을 통한 자원 재활용 및 청정 생산 시스템 구축이 가능하며, 가공 상태를 작업자가 아닌 센서로 실시간 감시가 가능해져 안전사고의 위험을 줄일 수 있다.
In addition, the working environment can be improved by purifying, simplifying and securing the production environment through the automation, processing monitoring system and reproducing device of the clean water jet processing system, and providing stable processing system through automation and processing monitoring system It is possible to recycle resources and develop clean production system through development of abrasive and water reclamation device. It is possible to monitor the processing status in real time by sensors, not workers, Can be reduced.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the embodiments described above are intended to be illustrative, but not limiting, in all respects. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
Claims (2)
After the required shape data is received and the shape machining modeling is performed, the shape machining program controls the position, direction, speed, etc. of the water jet spraying in accordance with the shape machining modeling and controls the processing conditions of the water jet pressure and the polishing material amount Wherein the shape of the water jet is determined based on the shape of the water jet.
상기 형상 가공 모델링부가 수행한 형상 가공 모델링에 따라 워터제트 분사의 위치, 방향, 속도 등을 제어하는 동시에 워터제트의 압력 및 연마재량의 가공조건을 제어하는 형상 가공 프로그램이 탑재된 워터제트 제어부
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 워터제트를 이용한 형상 가공 방법.A shape processing modeling unit that receives shape data and performs shape processing modeling;
A water jetting control unit having a shape processing program for controlling the position, direction, speed, etc. of the water jet injection and the processing conditions of the water jet pressure and the polishing amount according to the shape processing modeling performed by the shape processing modeling unit,
And the shape of the water jet is determined based on the shape of the water jet.
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