Industrial demands for high precision machining including micro machining, have greatly increased in recent years. Electric discharge machining (EDM) fills these demands especially well and has more potential capabilities than conventional machining, such as milling or turning. Of course, another important advantage of EDM is that it is easily adaptable to the newest exotic materials, if the materials are only conductive. In WEDM (Wire Electrical Discharge Machining), a very thin wire is used as an electrode and a highly complex yet precise shape can be created. This process contains very complicated thermoelectric phenomena. In spite of numerous studies done in the past several decades, finding a well-approximated mathematical model for this complex process has been difficult and time consuming, because of a large number of variables and the stochastic nature of the process. Even when a model was established, it could only explain the rough mechanism and not the characteristics in detail. In addition, the transient behavior of this system is hardly predictable, and machining stability cannot be guaranteed.
With a view to optimization, there have been many experimental studies that extract optimal machining condition sets using neural networks or knowledge based systems. However because these operate off-line, they suggest only the global condition set and cannot cope with transient situations that cause great instability in the WEDM process. Some studies have-shown that unstable factors are inherent in WEDM process, causing the instability of the discharging pulse to reach about 40-60% in normal machining.Transient stability is an important subject in WEDM process since there is a close relationship between stability and machining performance, such as the characteristics of a machined surface and problem of instability like wire rupture phenomenon. Grasping the transient machining state exactly is essential for the adaptive control which guarantees this transient stability. Among the many machining parameters affecting WEDM machining state, three specific parameters (Vr, Ip, off time) are major controllable variables that can be applied in transient stability control.
This paper investigates the relationships between the three major controllable variables and the transient machining state and establishes the model for grasping the transient state of the WEDM process for active adaptive-control. And, this paper deals with the implementation and analysis of real-time energy monitoring and control of the transient state of WEDM (Wire Electrical Discharge Machining) process. Recently, sparking frequency information has been applied in control of the WEDM process for more stable and efficient machining. Experimental results in this research show the limitations and insufficiency of that method. Instead of using the sparking frequency monitoring method, the use of a real-time instantaneous energy and discharging stability monitoring system is suggested for interpreting the state of the WEDM process in more precise detail. The transient state of WEDM process is analyzed in detail with the developed system and the transient stability criterion of the WEDM process is suggested. Based on the monitored and analyzed results, micro-stability enhancement and wire rupture prevention were implemented in this research.
WEDM 가공은 정밀한 위치제어와 다양한 가공조건의 부여를 위하여 기본적으로 NC 장치에 의해 제어되나, 가공상황을 제어하는 가공변수들이 매우 많고, 각 변수들이 WEDM 프로세스의 가공상태에 서로 각각 영향을 주어 상호 의존적인 관계를 가질 수 있다. 따라서 WEDM 가공 프로세스를 해석적으로 분석하는 데 어려움이 따르거나 한계가 있으며, 그 과정이 본질적으로 복잡하기 때문에 확률적으로 접근해야 하는 특성을 가지고 있다. 이에 대해, 일반적으로 WEDM 제조회사는 많은 실험과 경험에 따른 각 기계에 맞는 최적 가공조건 데이터북을 제시하고 있으나, 가공현장의 많은 경험을 바탕으로 하는 숙련된 전문가들이 데이터북을 기반으로 실제로 적용한 가공에서도 와이어 단선 및 방전의 불안정성 등의 문제가 발생하며, 이를 극복하기 위해 큰 안전율을 적용하므로 가공 성능에 한계가 있게 된다.
본 연구에서는 WEDM 프로세스의 성능과 안정성을 향상시키기 위한 기존의 WEDM에 대한 적응제어들의 단점과 한계를 극복할 수 있도록 보다 미세한 관점에서 실시간으로 WEDM 가공 프로세스를 모니터링하고 제어하고자 한다. 많은 가공조건들에 의해 보통 수십 kHz의 고속으로 방전이 이루어지는 WEDM 프로세스에서는 가공 메커니즘의 복잡함으로 인하여 수 ms에 이르는 미소시간 단위의 불안정한 영역이 예측 불가능 하게 발생한다. 이에 대처하기 위하여 본 연구에서는 WEDM 프로세스를 미소시간 단위로 실시간 모니터링하고 단선을 신속히 방지함은 물론, 매 미소시간 단위의 안정성을 향상시킬 수 있는 능동적인 실시간 미세제어를 구현하고자 한다.
기존 연구에서 주요 제어변수로 활용된 이송속도 또는 휴지시간만으로는 본 연구에서 추구하는 미세제어에 한계가 있음을 밝히고 본 연구의 미세제어에서는 휴지시간과 함께 기준 전압과 피크전류를 주요 제어변수로 활용하여 제어하도록 한다. 본 연구의 주 목표는 WEDM에서의 단선현상을 억제하고 또한, 일반적인 가공상황에서의 안정성을 향상시키는 것으로, 이를 통하여, 가공속도와 가공면거칠기 및 공작물의 열손상 정도 등으로 나타나는 가공성능의 전반적인 동시-향상을 꾀할 수 있다.
