와이어방전의 개요.

1.EDM(Electronic Discharge Machine:방전가공)의 기초

방전가공기의 원리는 구리(Cu)나 흑연(Graphite) 등 비교적 가공이 용이한 전도성 재료를 전극(공구)으로 하여 이 전극과 공작물(강, 초경합금) 과의 사이에 60~100V 전압을 양극간에 가하면 간헐적인 방전(spark)이 일어나는데 이 방전에 의해 발생하는 이상적 소모현상을 이용하는 가공법이다.  그러나 와이어컷(wire cut) 방전 가공기는 기본적인 방전 원리에 있어서는 거의 같지만 전극대신에 연속적으로 보내는 와이어를 공구로 하여 CNC에 의해 제어되는 X-Y 테이블상에 고정된 가공물과의 사이에서 발생되는 방전 기화현상을 이용하여 가공물을 임의 윤곽현상으로 가공하는 기계이다.            방전현상  방전기의 방전 회로에서 충전 전압이 콘덴서의 용량보다 높아지면 순간적으로 절연이 파괴되어 짧은 시간 내에 전류는 공구와 가공물 사이에서 흐르게 되고 방전이 끝날 무렵에 다시 콘덴서에는 전압이 충전되기 시작한다. 이와 같이 가공물과 공구사이에서 충전, 방전이 연속적으로 발생된다.                         방전이 되는 순간은 5단계로 나뉘며 ①②⑤는 안정된 방전, ③④는 불안정한 비지속 방전을 하게 된다. 단 ②는 국부방전이다.             ① 암류(暗流)       ①의 상태로서 충전전압이 콘덴서의 용량보다 높아지면 절연 파괴 직전으로서 주위의 기체가 이온에 의하여 미소의 전류가 흐르는 상태이다.             ② 코로나 방전(corona 放電)        암류의 상태에서 충전전압이 더욱 높아지면 ②의 상태로 된다. 코로나 방전은 전류 밀도가 높은 곳으로부터 국부적으로 절연이 파괴되어 전류가 흐르는 상태이다.             ③ 화화방전(火花放電:불꽃방전)        코로나 방전에서 좀 더 나아가면 가공물과 공구사이에 방전주(放電柱)가 미소하게 발생되어 전류가 흐르게 된다. 이때를 화화방전이라 하며 전류가 흐르는 시간은 극히 짧아 10㎲정도 되므로 전류 밀도는 상당히 높게 된다.(10^8 A/cm^2) 전류 밀도가 높아지므로 발열량도 높아져 가공물은 이 열에 의하여 기화가 된다. 방전 가공하면 이 화화방전을 이전류 밀도가 높아지므로 발             ④ 단 아크 방전(短 arc 放電)        화화방전에서 좀 더 발달하면 방전주의 면적은 점점 커지게 되며 이에 따라서 흐르는 전류도 증가되나 전류밀도는 줄어든다. 즉 아크방전이 되기 전까지의 과도상태로서 전류밀도가 변하는 과정이다.             ⑤ 아크방전       방전의 최고로 안정된 상태로서 전류밀도는 변화하지 않으며 주로 전기용접에 사용된다. 이때의 방전주는 일정한 크기를 가지며 계속적으로 아크를 지속하려고 한다.

2.와이어컷 방전가공기의 구성

와이어컷 방전가공기는 보통 4가지 요소로 구성된다.           - 가공기 본체(와이어 이송기구와 X-Y 테이블)           - CNC             - 가공전원             - 가공액처리조

① 가공기 본체       가공기 본체는 전극이 되는 와이어에 일정의 장력을 주어서 이를 일정한 속도로 이송시키는 와이어 이송기구와 CNC로부터의 지령 펄스열에 제어동작하는 X-Y테이블로 구성된다.  와이어는 직경 0.2mm의 동선 또는 황동선이 가장 많이 사용되고 가공물을 사이에 두는 상하 2개의 와이어 가이드(wire guide)를 지점으로 항상 곧바르게 당겨지고 있어야 한다. 이를 위하여 전자 브레이크 등을 사용하여 와이어에 수백 그램 정도의 적당한 장력을 걸어주고, 와이어 가이드에는 고정도의 가공을 한 V홈 형상의 사파이어 가이드가 있다.   X-Y테이블의 최소이동 단위는 보통 0.001mm/puse로 가공정도를 내기 위하여 로스트모션(lost motion)이 적은 원활한 이동이 요구된다. 이를 위하여 X-Y테이블의 습동부에는 저마찰의 롤러가이드(roller guide)가 사용되고 또한 이송나사는 초정밀 볼 스크퓨류ball screw)가 사용된다.                   ② CNC       와이어컷 방전가공기는 가공물을 고정하여 한번 가공을 시작하면 보통 수시간 때로는 백시간 이상도 무인으로 연속가공하는 기계이므로 그 신뢰성은 매우 중요하다. 또 와이어컷 방전가공기에는 특유의 기능, 예를 들면 지름 보정, 스케일링(scaling), 후퇴제어, 가공길이 계산, 도형회전, 테이퍼가공 등의 기능을 갖게 하고 있다.                   ③ 가공전원          전원장치의 회로방식으로는 트렌지스터 제어회로를 부착한 콘덴서식 방전회로를 사용하고 있으며, 가공전압은 온타임(on-time)과 오프타임(off-time)이 각각 1㎲단위로 설정할 수 있는 단형파상의 전압이다. 또 와이어와 가공물사이의 방전상태를 검출하여 CNC와 전압발생 화로에 피드백을 하고, 가공이송을 제어하는 적응제어 회로를 갖는 것도 있다.                   ④ 가공액 처리조                  와이어컷 방전가공기에는 가공액으로서 물을 사용하며 이 물을 항상 깨끗하게 보존하고 물의 비저항을 일정하게 보존하는 것이 반드시 필요하다. 물의 비저항이 일정하게 유지되도록 적당한 양의 물이 자동적으로 이온 교환기에 흘러 들어가도록 되어 있다.

3.와이어컷 방전가공기의 용도

와이어컷 방전가공기는 가공물이 전도성이면 그 재질, 경도에 관계없이 고정밀도의 가공이 가능한 기계이며 더욱이 가공하고자 하는 가공물의 형상이 복잡한 것에 그 위력을 발휘한다. 가공액은 물을 사용하므로 화재의 염려가 없어 야간 무인 운전이 가능한 것도 큰 장점이다.             ① 프레스 타발 금형의 제작                  다이나 펀치를 열처리한 후 직접 가공할 수 있으므로 공정이 대폭 단축된다. 더욱이 다이와 펀치의 간격이 CNC와이어 지름보정 기능을 이용하여 자유로이 선택할 수 있는 것도 와이어컷 방전가공기의 장점이다.                   ② 시작 부품의 제작                        대량생산 시대에서는 프레스 가공에 의해 제작하나 그 앞단계에서 수개 내지는 수십개를 시험적으로 필요한 경우에는 재료를 겹쳐놓고 가공하여 훌륭히 만들어 볼 수 있다. 공정을 대폭 단축할 수 있음은 말할 필요도 없다.                   ③ 방전 가공용 전극 가공        동, 텅스텐, 주철 등의 방전 가공용 전극제작에 비교적 많이 사용된다. 특히 범용 방전가공기를 이미 가지고 있는 공장에서는 이 방전가공기를 유효하게 가동시키기 위하여 와이어컷 방전가공기를 전극가공에 가용하는 경우가 많다. 이 경우에도 와이어 지름 보정 기능을 이용함으로서 하나의 가공프로그램으로 거친가공에서 다듬질 가공용 전극까지 정도 높게 제작할 수 있다. 아래의 그림과 같이 펀치재료를 겹쳐 가공하여 펀치와 다이가공용의 방전 전극을 동시에 제작할 수 있다.                       ④ 프로파일 게이지(profile gage)의 제작        와이어컷 방전가공기는 고정밀도의 가공이 가능한 기계이므로 프로파일 게이지의 제작에 많이 사용된다. 특히 복잡한 형상일수록 그 이용 효과는 크다.                   ⑤ 난삭재의 가공이나 미세형상의 가공        소결 급속 프레스 금형 등에 사용되는 초경합금의 가공이나 미세한 이형노즐 구멍의 가공 등에 와이어컷 방전가공기는 그 위력을 발휘한다.

4.NC공작기계의 서보기구 제어방식

와이어컷 방전가공기로 제품을 가공할 때에는 다음과 같은 사항이 요구된다. ① 표면 거칠기를 좋게 할 것. ② 가공시간을 단축시킬 것. ③ 형상오차를 작게 할 것. ④ 열적 영향에 의한 가공물의 재질변화를 적게 할 것. ⑤ 피로강도를 저하시키지 않을 것.   위의 사항을 만족시키면서 가공하려면 서로 상반되는 사항이 존재하므로 와이어컷 방전가공에 영향을 주는 인자를 적당히 조절하여 가공을 하여야 한다.

와이어컷 방전가공에 영향을 주는 인자 가공물 재질 기계적 성질, 물리적 성질, 화학적 성질 두께 단일형, 겹침형 가공기계 몸체 정강성, 동강성, 로스트모션, 정밀도, 가격 기능 프로그램 내용, 보정기능, 후퇴제어, 스케일링, 도형의 회전, 주장계산, 미러기능, 프로그램 기억.편집기능 가공조건 설정동력 설정전압, 설정전류, 충전.방전회로 , 정.역극성 가공 에너지 방전전압, 방전전류, 펄스 on시간 콘덴서 용량 전극 와이어 재질, 형상, 크기(직경) 가공량 가공이송 속도, 가공시간 가공물의 열변화 펄스 OFF시간, 가공에너지, 냉각제 가공 정밀도 가공물과 전극 사이의 gap, 오프셋량, 와이어의 장력, 냉각제의 분사 방향 및 압력 와이어 소모량 와이어 이송량