KR100752322B1 - 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치 - Google Patents

2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작기계 주축(스핀들) 관통 쿨런트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치에 관한 것이다. 이를 위해, 공작기계의 주축 관통 쿨런트 장치에 있어서, 쿨런트 장치로 제 1 압력의 쿨런트를 공급하기 위한 제 1 압력발생수단; 쿨런트 장치로 제 1 압력 보다 높은 제 2 압력의 쿨런트를 공급하기 위한 제 2 압력발생수단; 제 1 압력발생수단의 토출측과 제 2 압력발생수단의 토출측은 합류되어 공작기계의 주축으로 공급하는 최종 쿨런트 라인; 제 1 압력수단의 토출측과 제 2 압력수단의 토출측에 각각 설치되는 역류방지밸브(19, 112); 제 1 압력발생수단과 제 2 압력발생수단중 적어도 하나를 지정하여 동작시키는 제어부;가 제공된다.
공작기계, 주축, 쿨런트, 압력, 필터, 펌프, 2단, 제어

Description

2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치{Two stage pressure control type main spindle through coolant device}
도 1은 종래의 중압형 주축 관통 쿨런트 장치의 개략적인 설치 상태 사시도,
도 2는 종래의 고압형 주축 관통 쿨런트 장치의 개략적인 설치 상태 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치의 개략적인 쿨런트 회로도,
도 4는 도 3중 중압형 주축 관통 쿨런트 장치의 쿨런트 회로도,
도 5는 도 3중 고압형 주축 관통 쿨런트 장치의 쿨런트 회로도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
5 : 공작기계, 10 : 쿨런트 탱크,
12 : 공급펌프, 14 : 백 필터,
16 : 쿨런트 라인, 17 : 제 1 압력 쿨런트 라인,
18 : 주축(스핀들), 19 : 제 1 역류밸브,
20 : 리커버리 쿨런트 펌프, 22 : 백필터,
24 : 다이아프레임 펌프, 25 : 쿨런트 라인,
26 : 주축(스핀들), 28 : 공작기계,
50 : 제 1 필터부, 53 : 에어 드레인,
55 : 제 1 필터, 57 : 제 2 필터,
59 : 필터 교환 스위치, 60 : 필터 드레인,
61 : 제 1 공급펌프, 62 : 압력 스위치,
64 : 제 1 압력펌프, 99 : 제어부,
100 : 제 2 압력펌프, 110 : 제 2 압력 쿨런트 라인,
112 : 제 2 역류방지밸브, 115 : 제 2 공급펌프,
120 : 최종 쿨런트 라인, 150 : 제 2 필터부,
153 : 에어 드레인, 155 : 제 1 필터,
157 : 제 2 필터, 159 : 필터 교환 스위치,
160 : 필터 드레인, 162 : 압력 스위치,
170 : 압력측정수단,
본 발명은 공작기계 주축(스핀들) 관통 쿨런트 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치에 관한 것이다.
공작기계의 주축에는 절삭가공시 공구와 공작물 사이의 마찰감소, 냉각 및 칩 배출 용이 등을 위해 쿨런트(절삭유)가 주축을 관통하여 공급된다. 이러한 쿨런트를 공급하기 위한 압력은 정밀가공일 때는 중압(또는 저압), 황삭가공일 때는 고압이어야 한다. 이를 위해 종래에는 중압용 쿨런트 장치가 장착된 공작기계 및 고 압용 쿨런트 장치가 장착된 공작기계가 각각 별도로 있었다. 이하에서는 이와 같은 종래의 쿨런트 장치의 구성에 대해 설명하고자 한다.
도 1은 종래의 중압형(20 kgf/cm2) 주축 관통 쿨런트 장치의 개략적인 설치 상태 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 공급펌프(12)는 쿨런트 탱크(10)에서 쿨런트를 뽑아 중압(20 kgf/cm2)을 형성한 뒤, 백 필터(14)를 통해 여과하고, 이를 쿨런트 라인(16)을 통해 공작기계(5)의 주축(18)으로 공급한다.
도 2는 종래의 고압형(70 kgf/cm2) 주축 관통 쿨런트 장치의 개략적인 설치 상태 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 리커버리 쿨런트 펌프(20)는 쿨런트 탱크(10)에서 쿨런트 탱크에서 1차로 압력을 형성한 뒤, 다이아프레임 펌프(24)를 통해 고압(70 kgf/cm2)을 형성한다. 형성된 고압의 쿨런트는 백(Bag) 필터(22)에 의해 여과되고, 그 다음 쿨런트 라인(25)을 통해 공작기계(28)의 주축(26)으로 공급한다.
이와 같은 종래의 중압형 쿨런트 장치와 고압형 쿨런트 장치는 다음과 같은 불편한 점이 있었다. 정밀가공일 때는 쿨런트의 압력이 중압(또는 저압)이어야 하고, 황삭가공일 때는 고압이어야 한다. 만약 가공조건에 따라 토출되는 쿨런트의 양이 달라지거나 일정하지 않으면 가공면의 조도가 크게 달라지는 문제점이 있다.
예를 들어, 정밀가공에서는 쿨런트의 압력이나 유량이 일정해야 하고, 저속 가공일 때는 쿨런트가 저압이어야 한다. 따라서, 중간에 압력이 변동되는 것을 허 용될 수 없고, 일정한 양이 나오면서도 유량의 변동이 작아야 한다는 것이 매우 중요한 파라미터가 된다.
한편, 쿨런트 공급장치는 쿨런트의 압력에 맞는 필터를 사용해야 한다. 즉, 고압 쿨런트에 대해서는 고압용 필터를 사용해야 하고, 중압 쿨런트에 대해서는 중압용 필터를 사용해야 한다.
따라서, 하나의 펌프를 이용해 쿨런트의 압력을 변화시키기 위하여 압력가변형 펌프를 사용하더라도 필터 용량이 맞지 않아서 사용할 수 없는 한계가 있었다. 이와 같은 기술적 문제점으로 인해 지금까지는 고정된 압력에 대응하여 최적화된 필터를 셋팅한 뒤 압력의 변화없이 사용하였다. 만약 압력가변형 펌프를 쓸경우 필터가 최적화가 되지 못해 일정한 성능을 발휘할 수 없었기 때문이다. 따라서, 이와 같은 종래의 쿨러트 공급장치는 다품종 소량생산이라는 일반적 추세에 부합하지 못했다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은, 주축 관통 쿨런트 장치에 제공되는 쿨런트의 압력을 2단으로 제어할 수 있고, 각 압력조건에 최적화된 필터를 구비함으로서 가공조건에 따라 쿨런트 공급 조건을 변경시킬 수 있는 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 자동화된 공작기계에서 공구 교체시 공구나 가공조건에 맞게 주축 관통 쿨런트의 압력이나 유량을 순간적으로 바꿀 수 있는 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 공작기계의 주축 관통 쿨런트 장치에 있어서,
쿨런트 장치로 제 1 압력의 쿨런트를 공급하기 위한 제 1 압력발생수단;
쿨런트 장치로 제 1 압력 보다 높은 제 2 압력의 쿨런트를 공급하기 위한 제 2 압력발생수단; 및
제 1 압력발생수단의 토출측과 제 2 압력발생수단의 토출측은 합류되어 상기 공작기계의 주축으로 공급하는 최종 쿨런트 라인(120);
제 1 압력수단의 토출측과 제 2 압력수단의 토출측에 각각 설치되는 역류방지밸브(19, 112); 및
제 1 압력발생수단과 제 2 압력발생수단중 적어도 하나를 지정하여 동작시키는 제어부(99);로 구성되는 것을 특징으로 하는 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치에 의해 달성된다.
그리고, 제 1 압력발생수단은, 쿨런트 탱크(10)에 설치되는 제 1 공급펌프(61);
제 1 공급펌프(61)의 토출측에 설치되는 제 1 필터부(50);
제 1 필터부(50)의 후단부에 설치되는 제 1 압력펌프(64);로 구성되는 것이 바람직하다.
아울러, 최종 쿨런트 라인(120)상에는 압력측정수단(170)이 더 구비되며,
압력측정수단(170)에 표시된 압력이 소정 압력 범위에 미달하거나 초과시 제 어부(99)가 공작기계의 주축의 동작을 정지시키는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부 도면들과 관련되어 설명되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명확해질 것이다.
이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치의 개략적인 쿨런트 회로도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 중압용(20 kgf/cm2) 제 1 필터부(50)와 제 1 압력펌프(64) 및 고압용(70 kgf/cm2) 제 2 필터부(150)와 제 2 압력펌프(100)는 쿨런트 탱크(10)와 병렬로 연결되어 있다.
제 1, 2 압력펌프(64, 100)의 토출측은 합지되어 최종 쿨런트 라인(120)을 형성하고, 최종 쿨런트 라인(120)은 공작기계(5)의 주축(18, 26)까지 연장 설치되어 있다.
이 때, 제 1 압력펌프(64)는 1.5 KW 정도의 용량을 가지는 유체펌프이며, 제 2 압력펌프(100)는 3.7 KW 용량의 다이아프레임 펌프일 수 있다. 또한, 제 1 필터부(50)는 한개의 백(Bag) 필터를 사용할 수 있고, 제 2 필터부(150)는 2개의 백(Bag) 필터를 사용할 수 있다. 이 때, 백 필터의 여과 크기는 10 ~ 25 ㎛ 정도이다.
제어부(99)를 통해 제 1 압력펌프(64)만 동작시키거나 또는 제 2 압력펌프(100)만 동작시키거나 제 1, 2 압력펌프(64, 100)를 동시에 동작시키도록 구성할 수 있다.
또한, 압력측정수단(170)은 최종 쿨런트 라인(120) 상에 설치되어 최종 쿨런트 라인(120) 상의 압력을 측정하고, 측정된 신호를 제어부(99)로 전송한다. 따라서, 제어부(99)는 최종 쿨런트 라인(120) 상의 압력이 제 1 압력펌프(64)만이 동작되었을 때의 허용 압력범위 이내인지, 제 2 압력펌프(100)만이 동작되었을 때의 허용 압력범위 이내인지, 또는 제 1, 2 압력펌프(64, 100)가 동시에 동작되었을 때의 허용 압력범위 이내인지를 판단한다. 만약 허용 압력범위에 미달하거나 초과하는 경우 제어부(99)는 공작기계(5)의 주축 회전을 멈추고 알람신호를 출력하게 된다.
도 4는 도 3중 중압형 주축 관통 쿨런트 장치의 쿨런트 회로도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 쿨런트 탱크(10)에는 제 1 공급펌프(61)가 구비되고, 그 토출측은 제 1 필터부(50)에 직결된다. 제 1 필터부(50)의 후단에는 중압(10 ~ 30±5 kgf/cm2)을 발생시키기 위한 제 1 압력펌프(64)가 구비된다. 그리고, 제 1 압력펌프(64)의 토출측이 제 1 압력 쿨런트 라인(17)을 형성한다.
제 1 필터부(50)의 내부에는 중압에 적합한 제 1, 2 필터(55, 57)가 병렬로 설치되어 있다. 그리고, 배관 내부의 공기를 제거하기 위한 에어 드레인(53)이 필터 드레인(60)에 연결되어 쿨런트 탱크(10)까지 되돌려지도록 구성된다. 이러한 제 1 필터부(50)는 중압의 쿨런트에 최적화되어 있는 필터부이다.
필터교환 스위치(59)는 제 1, 2 필터(55, 57)중 하나를 교환하기 위한 스위치이다. 필터교환 스위치(59)를 통해 제 1, 2 필터(55, 57)중 하나의 동작(통과되는 유량의 정지를 의미)을 멈출 수 있다. 이는 필터의 교환을 위해 공작기계 자체를 중단시키는 일이 없도록 하기 위함이다.
압력 스위치(62)는 제 1 압력 펌프(64)에서 토출되는 압력이 설정된 중압을 초과하지 않도록 하는 기능을 수행한다. 만약, 토출측에 형성된 쿨런트의 압력이 설정된 중압보다 큰 경우 자동으로 압력 스위치(62)가 개방되면서 쿨런트의 일부가 필터 드레인(60)으로 배출된다.
중압을 형성하는 제 1 압력 펌프(64) 및 제 1 공급펌프(61)는 제어부(99)를 통해 동작이 제어되는 구성이다.
도 5는 도 3중 고압형 주축 관통 쿨런트 장치의 쿨런트 회로도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 쿨런트 탱크(10)에는 제 2 공급펌프(115)가 구비되고, 그 토출측은 제 2 필터부(150)에 직결된다. 제 2 필터부(150)의 후단에는 고압(40 ~ 80±5 kgf/cm2)을 발생시키기 위한 제 2 압력펌프(100)가 구비된다. 그리고, 제 2 압력펌프(100)의 토출측이 제 2 압력 쿨런트 라인(110)을 형성한다.
제 2 필터부(150)의 내부에는 고압에 적합한 제 1, 2 필터(155, 157)가 병렬로 설치되어 있다. 그리고, 배관 내부의 공기를 제거하기 위한 에어 드레인(153)이 필터 드레인(160)에 연결되어 쿨런트 탱크(10)까지 되돌려지도록 구성된다. 이러한 제 2 필터부(150)는 고압의 쿨런트에 최적화되어 있는 필터부이다.
필터교환 스위치(159)는 제 1, 2 필터(155, 157)중 하나를 교환하기 위한 스위치이다. 필터교환 스위치(159)를 통해 제 1, 2 필터(155, 157)중 하나의 동작(통과되는 유량의 정지를 의미)을 멈출 수 있다.
압력 스위치(162)는 제 2 압력 펌프(100)에서 토출되는 압력이 설정된 고압을 초과하지 않도록 하는 기능을 수행한다. 만약, 토출측에 형성된 쿨런트의 압력이 설정된 고압보다 큰 경우 자동으로 압력 스위치(162)가 개방되면서 쿨런트의 일부가 필터 드레인(160)으로 배출된다.
고압을 형성하는 제 2 압력 펌프(100) 및 제 2 공급펌프(115)는 제어부(99)를 통해 동작이 제어되는 구성이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 압력 쿨런트 라인(17)에는 제 1 역류방지밸브(19)가 설치되어 있고, 제 2 압력 쿨런트 라인(110)에는 제 2 역류방지밸브(112)가 설치되어 있다. 이와 같은 제 1, 2 역류방지밸브(19, 112)는 제 1, 2 압력펌프(64, 100)들중 하나만 동작되었을 때 쿨런트가 역류되지 않고 최종 쿨런트 라인(120)측으로 흐르도록 하기 위한 것이다.
제 1, 2 역류방지밸브(19, 112)의 끝단은 합지되어 최종 쿨런트 라인(120)을 형성하고, 최종 쿨런트 라인(120)은 공작기계(5)의 주축(18, 26)까지 연장되어 있다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치의 동작에 대해 설명한다.
(중압의 쿨런트 공급)
공작기계(5)에서 중압(10 ~ 30 kgf/cm2)의 쿨런트가 필요한 경우에 대해 설명한다. 우선, 도 3, 4, 5에서 중압용 제 1 압력펌프(64)와 제 1 공급펌프(61)가 동작되고, 고압용 제 2 압력펌프(100)는 동작되지 않는다. 그 다음, 쿨런트 탱크(10) 내부의 쿨런트는 제 1 공급펌프(61)에 의해 제 1 필터부(50)로 공급되고, 제 1 필터부(50)를 지난 쿨런트는 제 1 압력펌프(64)에 의해 최적의 중압을 형성하게 된다. 이와 같은 최적의 중압을 형성하기 위하여 제 1 필터부(50)의 종류, 제 1 공급펌프(61)의 용량, 제 1 압력펌프(64)의 용량이 미리 결정된다.
제 1 압력펌프(64)에 의해 형성된 중압은 제 1 압력 쿨런트 라인(17)을 통해 제 1 역류방지밸브(19)에 다다른다. 그 다음, 제 2 역류방지밸브(112)에 의해 제 2 압력펌프(100)측으로 역류하지 못하고, 최종 쿨런트라인(120)으로 유동하게 된다. 이로서, 공작기계(5)의 주축으로 중압의 쿨런트가 관통되어 유출되게 된다. 이와 같은 과정을 통해 중압의 쿨런트가 공급된다.
(고압의 쿨런트 공급)
공작기계(5)에서 고압(40 ~ 80 kgf/cm2)의 쿨런트가 필요한 경우에 대해 설명한다. 우선, 도 3, 4, 5에서 고압용 제 2 압력펌프(100)와 제 2 공급펌프(115)가 동작되고, 중압용 제 1 압력펌프(64)는 동작되지 않는다. 그 다음, 쿨런트 탱크(10) 내부의 쿨런트는 제 2 공급펌프(115)에 의해 제 2 필터부(150)로 공급되고, 제 2 필터부(150)를 지난 쿨런트는 제 2 압력펌프(100)에 의해 최적의 고압을 형성하게 된다. 이와 같은 최적의 고압을 형성하기 위하여 제 2 필터부(150)의 종류, 제 2 공급펌프(115)의 용량, 제 2 압력펌프(100)의 용량이 미리 결정된다.
제 2 압력펌프(100)에 의해 형성된 고압은 제 2 압력 쿨런트 라인(110)을 통해 제 2 역류방지밸브(112)에 다다른다. 그 다음, 제 1 역류방지밸브(19)에 의해 제 1 압력펌프(64)측으로 역류하지 못하고, 최종 쿨런트라인(120)으로 유동하게 된다. 이로서, 공작기계(5)의 주축으로 고압의 쿨런트가 관통되어 유출되게 된다. 이와 같은 과정을 통해 고압의 쿨런트가 공급된다.
만약, 유량의 추가 등이 필요한 경우 제어부(99)에 의해 제 1, 2 압력펌프(64, 100)를 동시에 가동할 수 있음은 물론이다. 또한, 압력측정수단(170)도 최종 쿨런트 라인(120)에 설치되기 보다 압력펌프(64, 100)의 토출측에 각각 설치될 수도 있다.
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치에 의하면, 주축 관통 쿨런트 장치에 제공되는 쿨런트의 압력을 2단으로 제어할 수 있고, 각 압력조건에 최적화된 필터를 구비함으로서 가공조건에 따라 쿨런트 공급 조건을 변경시킬 수 있다.
또한, 제 1,2 압력발생수단을 동시에 구동할 경우 쿨런트의 유량을 크게 증가시킬 수도 있다. 이러한 유량 증가의 필연성은 공작툴의 형상이나 가공조건에 따라 달라질 수 있기 때문이다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로 부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가 능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.

Claims (3)

  1. 공작기계의 주축 관통 쿨런트 장치에 있어서,
    상기 쿨런트 장치로 제 1 압력의 쿨런트를 공급하기 위한 제 1 압력발생수단;
    상기 쿨런트 장치로 상기 제 1 압력 보다 높은 제 2 압력의 쿨런트를 공급하기 위한 제 2 압력발생수단;
    상기 제 1 압력발생수단의 토출측과 상기 제 2 압력발생수단의 토출측은 합류되어 상기 공작기계의 주축으로 공급하는 최종 쿨런트 라인(120);
    상기 제 1 압력수단의 토출측과 상기 제 2 압력수단의 토출측에 각각 설치되는 역류방지밸브(19, 112); 및
    상기 제 1 압력발생수단과 제 2 압력발생수단중 적어도 하나를 지정하여 동작시키는 제어부(99);로 구성되고,
    상기 제 1 압력발생수단은,
    쿨런트 탱크(10)에 설치되는 제 1 공급펌프(61);
    상기 제 1 공급펌프(61)의 토출측에 설치되는 제 1 필터부(50);
    상기 제 1 필터부(50)의 후단부에 설치되는 제 1 압력펌프(64);로 구성되는 것을 특징으로 하는 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 최종 쿨런트 라인(120)상에는 압력측정수단(170)이 더 구비되며,
    상기 압력측정수단(170)에 의해 측정된 압력이 소정 압력 범위에 미달하거나 초과시 상기 제어부(99)가 상기 공작기계의 주축의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 2단 압력 제어형 주축 관통 쿨런트 장치.
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