KR101019692B1 - 에어 오일 윤활 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각종 공작기계(머시닝센터, 밀링머신, 절삭기 등)의 초고속 주축에 설치되는 베어링에 미소 정량의 오일(Oil)을 에어와 혼합하여 공급함으로써 상기 베어링의 온도상승을 억제하고 오일의 열화방지 및 압축공기로 인해 외부로의 이물질 침입을 방지하여 각종 공작기계의 주축을 보호함과 동시에 사용수명을 연장할 수 있도록 한 에어 오일 윤활 공급 장치에 관한 것으로서,
그 구성은 오일이 지속적으로 유지되는 탱크(11)에 모터(12)의 작동에 따라 구동되는 펌프(13)가 마련된 오일주입수단(10)과, 에어를 혼합기(30)에 정량 주입하도록 마련된 에어주입수단(20)과, 상기 오일주입수단(10) 및 에어주입수단(20)에 의해 주입된 오일과 에어를 혼합하는 혼합기(30)와, 상기 오일주입수단(10) 및 에어주입수단(20)과 혼합기(30)의 작동을 컨트롤하고 모니터링 할 수 있도록 마련된 제어부(40);를 포함하는 구성으로 이루어진 에어 오일 윤활 공급 장치에 있어서,
상기 펌프(13)의 흡입구에는 탱크내의 오일에 존재하는 불순물을 여과하고 흡입하는 석션필터(15)가 설치되고, 상기 펌프에서 펌핑되는 오일의 유압을 측정하는 유압측정기(18)가 설치되며, 상기 펌프(13)의 출측라인에는 벤팅밸브(16)와 릴리프밸브(17)가 순차적으로 설치되고, 상기 에어주입수단(20)은 에어의 불순물을 필터링하고 에어의 필요한 레벨과 평활성을 갖도록 변환하여 출력하는 필터 레귤레이터(21)와, 솔레노이드밸브(22) 및 공압측정기(23)가 설치된 것으로 이루어진다.
공작기계, 주축, 베어링, 에어오일,

Description

에어 오일 윤활 공급 장치{Air Oil Lubrication System}
본 발명은 각종 공작기계(머시닝센터, 밀링머신, 절삭기 등)의 초고속 주축에 설치되는 베어링에 미소 정량의 오일(Oil)을 에어와 혼합하여 공급함으로써 상기 베어링의 온도상승을 억제하고 오일의 열화방지 및 압축공기로 인해 외부로부터의 이물질 침입을 방지하여 각종 공작기계의 주축을 보호함과 동시에 사용수명을 연장할 수 있도록 한 에어 오일 윤활 공급 장치에 관한 것이다.
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머시닝 센터, 밀링 머신 등의 공작기계는 다양한 제품, 절삭 공정 그리고 절삭 조건에 따른 가공을 원활하게 수행할 수 있어야 하며, 이에 따라 고속, 고강성의 성능을 갖는 고성능 주축에 대한 필요성이 요구되고 있는 추세이다.
최근 고강도의 제품을 보다 쉽게 가공 할 수 있는 밀링 공구의 발달과 더불어 자동차, 조선, 반도체 및 컴퓨터 산업에서 사용되는 부품들의 대면적화 및 초 정밀화 그리고 고강도화가 빠르게 이루어지고 있다.
이에 따라 이러한 대면적, 초정밀 그리고 고강도의 부품을 보다 빠르고 정확 하게 가공 할 수 있는 고속 가공기에 대한 요구가 기하급수적으로 증가하고 있으며, 이러한 고속 가공기에서 고속가공을 수행하기 위해서는 높은 회전수를 담보할 수 있는 핵심 부품인 고속주축계가 반드시 필요하다.
그러나 현재 우리나라의 공작기계산업은 주요 핵심 부품들의 수입 의존도가 매우 높은 상태이며, 현재 제작되고 있는 고속가공기용 국산 부품들의 품질 또한 해외 유수 업체의 품질과 비교하여 매우 낮은 실정이다.
특히 고속가공기의 핵심 부품중 하나인 고속 주축계는 대부분 수입품에 의존하고 있으며, 이와 더불어 고속 주축계에 필수적인 윤활/냉각장치 또한 대부분 수입품에 의존하고 있는 실정이다.
공작기계에 사용되는 주축계에 채용되고 있는 베어링의 종류로는 구름베어링, 미끄럼베어링, 기름정압베어링, 공기정압베어링, 자기베어링 등이 있다.
이중 구름베어링은 강성과 부하용량이 크고, 취급이 용이할 뿐만 아니라 규격화가 되어 있어 안정한 성능의 베어링을 비교적 저렴한 가격으로 구입할 수 있는 장점으로 인하여 공작기계의 주축계에 가장 많이 사용되고 있다.
그러나 구름베어링을 고속 주축계와 같은 고속 회전되는 상태에서 부주의하게 사용하면 비정상적인 발열과 예압의 증대에 의하여 주축계 및 미끄럼 베어링의 열 변형, 런 아웃 에러, 강성 저하등과 같은 문제가 필연적으로 발생할 뿐만 아니라 이러한 상태가 베어링 및 고속 주축계 뿐만 아니라 공작기계 전체의 열 변형의 원인이 되기 때문에 이러한 발열을 억제하기 위한 효과적인 냉각 방법이 필요하다.
특히 고속용 구름베어링에서는 주축계의 회전이 베어링의 발열에 가장 큰 영 향을 미치며, 고속 주축계에 사용되는 윤활의 목적은 적기, 적소, 적정량을 윤활하여 고속주축계의 발열 및 마찰과 마모를 줄이고 최적의 운전 상태를 유지하여, 장치의 수명을 연장시키고 그에 따른 공작기계의 정밀도를 최상으로 유지하는데 있기 때문에 효과적인 윤활 방법의 선택이 매우 중요한 사항이라 할 수 있다.
지금까지 개발된 고속주축계의 윤활방법들 중에는 그리스 윤활방법 (Grease Lubrication Method), 오일미스트 윤활방법 (Oil Mist Lubrication Method), 오일제트 윤활방법 (Oil Jet Lubrication Method)이 있다.
상기 그리스 윤활방법 (Grease Lubrication Method)은 베어링 부분을 밀폐해야 할 뿐만 아니라 그리스 봉입 량에 따라 발열이 많아지는 문제를 가지고 있기 때문에 초고속주축계의 윤활방법으로는 부적합한 측면이 있다.
또 오일미스트 윤활방법 (Oil Mist Lubrication Method)은 미스트 (Mist)형태의 오일을 압축공기에 의해 베어링에 공급하는 방법이며 급유 량이 매우 적기 때문에 발열이 작아 고속 주축계에 적합한 윤활방법이나 오일미스트 (Oil Mist)에 의한 공기 오염 문제와 온도에 의한 공급 유량의 변동이 크다는 문제가 있기 때문에 사용할 수 있는 오일에 제약이 있다.
오일제트 윤활방법(Oil Jet Lubrication Method)은 대량의 오일을 공급하는 강제 윤활방법의 하나로써 오일은 베어링이 회전할 때 발생되는 풍압을 이길 수 있을 정도의 충분한 속도를 가지고 노즐로부터 분사되며, 베어링 내부로 강제 공급되어 윤활 및 냉각 작용을 수행하는 방법이다.
그러나 오일제트 윤활방법(Oil Jet Lubrication Method)의 경우에는 대규모 급유 장치의 필요성과 오일 실에 대한 문제, 오일의 교반 저항에 따른 동력 손실이 문제가 되고 있다.
반면에 에어 오일 윤활방법 (Air-Oil Lubrication Method)은 미량의 오일을 정량 피스톤을 이용하여 간헐적으로 내뿜고, 혼합 밸브 (Mixing Valve)에 의해 압축 공기 중에 오일을 서서히 빼내어 연속적인 흐름으로 베어링에 공급하는 윤활 방법이며, 베어링의 내륜 및 외륜과 전동체 사이에 최소한의 유막을 형성할 수 있는 극히 작은 일정량의 오일을 안정된 상태로 대량의 압축공기와 함께 직접 베어링에 공급할 수 있기 때문에 고속주축계의 윤활 방법으로 최근 많은 주목을 받고 있다.
이러한 에어 오일 윤활 방법(Air-Oil Lubrication Method)은 오일의 미소 정량 관리가 가능하기 때문에 최적의 유량으로 관리할 수 있으며, 발열이 적어 고속 주축계에 사용하기에 매우 적합한 특징을 가지고 있다.
또한 미량의 오일이 연속적으로 공급되기 때문에 베어링의 온도가 안정되며, 오일이 급유관의 벽면을 통하여 흘러가기 때문에 오염이 매우 적고, 스핀들 내부로 압축 공기가 항상 보내지고 있기 때문에 외부로부터의 먼지, 절삭유 등의 침입이 어려운 장점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로, 그 목적은 각종 공작기계(머시닝센터, 밀링머신, 절삭기 등)의 초고속 주축에 설치되는 베어링에 미소 정량의 오일을 에어와 혼합하여 공급함으로써 상기 베어링의 온도상승을 억제하고 오일의 열화방지 및 압축공기로 인해 외부로부터의 이물질 침입을 방지하여 각종 공작기계의 주축을 보호함과 동시에 사용수명을 연장할 수 있도록 한 에어 오일 윤활 공급 장치를 제공함으로써, 국산 공작기계의 고속화 및 고정밀화에 일익을 담당할 수 있으며, 국내는 물론 해외 시장 선점뿐만 아니라 국가 경쟁력 향상에도 지대한 역할을 할 수 있도록 한 에어 오일 윤활 공급 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단은, 오일이 지속적으로 유지되는 탱크(11)에 모터(12)의 작동에 따라 구동되는 펌프(13)가 마련된 오일주입수단(10)과, 에어를 혼합기(30)에 정량 주입하도록 마련된 에어주입수단(20)과, 상기 오일주입수단(10) 및 에어주입수단(20)에 의해 주입된 오일과 에어를 혼합하는 혼합기(30)와, 상기 오일주입수단(10) 및 에어주입수단(20)과 혼합기(30)의 작동을 컨트롤하고 모니터링 할 수 있도록 마련된 제어부(40);를 포함하는 구성으로 이루어진 에어 오일 윤활 공급 장치에 있어서,
상기 펌프(13)의 흡입구에는 탱크내의 오일에 존재하는 불순물을 여과하고 흡입하는 석션필터(15)가 설치되고, 상기 펌프에서 펌핑되는 오일의 유압을 측정하는 유압측정기(18)가 설치되며, 상기 펌프(13)의 출측라인에는 벤팅밸브(16)와 릴리프밸브(17)가 순차적으로 설치되고, 상기 에어주입수단(20)은 에어의 불순물을 필터링하고 에어의 필요한 레벨과 평활성을 갖도록 변환하여 출력하는 필터 레귤레이터(21)와, 솔레노이드밸브(22) 및 공압측정기(23)가 설치된 것으로 이루어진다.
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이상과 같은 본 발명의 에어 오일 윤활 공급 장치는 각종 공작기계(머시닝센터, 밀링머신, 절삭기 등)의 초고속 주축에 설치되는 베어링에 미소 정량의 오일을 에어와 혼합하여 공급함으로써 상기 베어링의 온도상승을 억제하고 오일의 열화방지 및 압축공기로 인해 외부로의 이물질 침입을 방지하여 각종 공작기계의 주축을 보호함과 동시에 사용수명을 연장할 수 있도록 한 에어 오일 윤활 공급 장치를 제 공함으로써, 국산 공작기계의 고속화 및 고정밀화에 일익을 담당할 수 있으며, 국내는 물론 해외 시장 선점뿐만 아니라 국가 경쟁력 향상에도 지대한 역할을 할 수 있는 효과가 있다.
상기 목적 및 효과를 달성하기 위한 본 발명의 에어 오일 윤활 공급 장치는 각종 공작기계(머시닝센터, 밀링머신, 절삭기 등)의 초고속 주축에 설치되는 베어링에 미소 정량의 오일을 에어와 혼합하여 공급함으로써 상기 베어링의 온도상승을 억제하고 오일의 열화방지 및 압축공기로 인해 외부로부터의 이물질 침입을 방지하여 각종 공작기계의 주축을 보호함과 동시에 사용수명을 연장할 수 있도록 한 것이다.
상기의 작용을 위한 본 발명의 에어 오일 윤활 공급 장치 구성에서 탱크(11)내의 오일을 혼합기(30)에 주입하기 위한 오일주입수단(10)은 도1 및 도2에 나타낸 바와 같이 탱크(11)의 일 측에 탱크(11)내의 오일 량을 일정량 유지시키는 플롯스위치(Float Switch)(14)가 설치되어 그 플롯스위치(14)에 의해서 탱크(11)내의 오일 량이 설정된 량보다 적으면 모터(12)의 작동과 함께 펌프(13)를 구동시켜 오일을 보충하고, 설정된 량이 되면 모터(12)의 작동을 정지시켜 오일의 보충의 중지시킴으로 탱크(11)내의 오일 량은 항상 설정된 량만큼 유지하게 된다.
상기 모터(12)의 작동과 함께 펌프(13)가 구동되면 탱크(11)내의 오일은 펌핑되어 오일진행라인을 따라 진행도중 유압측정기(18)에 의해서 유압이 측정되어 압력게이지(19)에 압력이 표시되면서 혼합기(30)로 주입된다.
단 상기 유압측정기(18)는 혼합기(30)에 주입되는 오일의 량이 설정 량 이상 또는 이하가 되는지 여부를 측정하는 것이며, 상기 압력게이지(19)는 오일진행라인을 따라 진행하는 유압을 점검자 또는 작업자가 육안으로 확인할 수 있도록 해주는 것으로, 상기 유압측정기(18)에서 측정된 값 및 압력게이지(19)에 표시되는 압력이 설정된 압력 이상이거나 이하일 때에는 그를 조정하여 설정된 압으로 맞추면 된다.
상기 유압의 조정은 도3에 나타낸 바와 같이 제어부(40)를 통하여 하면 되고, 상기 제어부(40)는 모터(12) 및 유압측정기(18)와 전기적으로 연결 설치되어 있기 때문에 가능하다. 한편 상기 펌프(13)에는 석션필터(Suction Filter)(15)가 설치되어 있어 펌프(13)의 흡입구로 오일이 흡입될 때 오일에 존재하는 불순물을 여과 흡입한다.
또한 본 발명은 펌프(13)의 출측에 설치된 오일진행라인에 벤팅밸브(Venting Valve)(16)와 릴리프밸브(Relief Valve)(17)가 순차적으로 설치되어 있어, 펌프(13)가 작동되어 오일이 오일진행라인으로 진행될 때에는 온(ON)되고 펌프(13)의 작동이 멈춰 오일이 오일진행라인으로 진행되지 않을 때에는 오프(OFF)되며, 릴리프밸브(17)는 오일진행라인으로 진행하는 오일의 압력을 일정하게 제어해준다. 그리고 상기 오일진행라인에는 오일 캡 필터(F)를 설치하였다.
따라서 오일주입수단(10)에 의해 혼합기(30)로 주입되는 오일은 항상 일정한 압을 유지하며 일정량이 안정적으로 주입되는 것이다.
본 발명의 에어 오일 윤활 공급 장치 구성에서 에어를 혼합기(30)에 주입하 기 위한 에어주입수단(20)은 도1 및 도2에 나타낸 바와 같이 레귤레이터(Regulator)(21)를 통하여 에어 압이 조정된 상태 즉 설정된 압으로 에어진행라인으로 공급되면 솔레노이드밸브(Solenoid Valve)(22)의 개폐에 따라 에어가 에어진행라인으로 진행하면서 공압측정기(23)에 의해 에어 압이 측정되면서 혼합기(30)로 주입된다.
단 상기 레귤레이터(21)의 입측에는 필터(24)가 설치되어 레귤레이터(21)로 공급되는 에어에 함유된 불순물을 상기 필터(24)에서 모두 여과하여 청정한 에어만 공급되게 하였다.
상기 솔레노이드밸브(22)는 레귤레이터(21)로부터 에어진행라인으로 설정 압 이상 공급되면 온(ON)되고 레귤레이터(21)로부터 에어진행라인으로 설정 압 이하가 공급되면 오프(OFF)된다.
또한 상기 공압측정기(23)는 에어진행라인을 통하여 인입되는 에어 압의 변화를 감지하여 설정 압 이상 및 이하일 때에는 그 시그날을 제어부(40)로 보내 레귤레이터(21)로 공급되는 에어 압을 조절하게 된다.
상기와 같이 오일주입수단(10) 및 에어주입수단(20)을 통하여 혼합기(30)에 적정(설정 값)의 오일 및 에어가 공급되면 이를 상기 혼합기(30)에서 혼합하여 토출구(31)를 통하여 각 목적지 즉 각종 공작기계의 주축에 설치되는 베어링에 공급함으로써 상기 베어링의 온도상승을 억제하고 오일의 열화방지 및 압축공기로 인해 외부로의 이물질 침입을 방지하여 각종 공작기계의 주축을 보호함과 동시에 사용수명을 연장하게 되는 것이다.
한편 상기 혼합기(30)의 토출구(31)에서 목적지로 토출되는 에어 오일의 토출은 제어부(40)의 설정된 값에 의해서 이루어지며 그 예로써 1회 토출 량 0.005cc/brg, 최소 토출 간격 0.5 min, 압축 공기 소모량 20 NL/min/brg 인 것으로 이는 세계 최고 수준의 초고속 주축 베어링용 에어 오일 윤활 공급이다.
상기 토출 량, 토출 간격, 압축 공기 소모량의 수치는 본 발명에 따른 하나의 실시 예일 뿐이며, 제어부(40)의 설정 값 조정에 따라 목적지로의 토출 량, 토출 간격, 압축 공기 소모량은 선택적으로 조정하여 사용할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 에어 오일 윤활 공급 장치는 국산 공작기계의 고속화 및 고정밀화에 일익을 담당할 수 있으며, 국내는 물론 해외 시장 선점뿐만 아니라 국가 경쟁력 향상에도 지대한 역할을 할 수 있는 장점이 있다.
도1은 본 발명에 따른 에어 오일 윤활 공급 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도,
도2는 본 발명에 따른 에어 오일 윤활 공급 장치의 회로도,
도3은 본 발명에 따른 에어 오일 윤활 공급 장치의 전기제어도.
※도면의 주요부분에 대한 부호 설명※
10 : 오일주입수단 11 : 탱크
12 : 모터 13 : 펌프
14 : 플롯스위치 15 : 석션필터
16 : 벤팅밸브 17 : 릴리프밸브
18 : 유압측정기 19 : 압력게이지
20 : 에어주입수단 21 : 레귤러이터
22 : 솔레노이드밸브 23 : 공압측정기
24 : 필터 30 : 혼합기
31 : 토출구 40 ; 제어부

Claims (6)

  1. 오일이 지속적으로 유지되는 탱크(11)에 모터(12)의 작동에 따라 구동되는 펌프(13)가 마련된 오일주입수단(10)과, 에어를 혼합기(30)에 정량 주입하도록 마련된 에어주입수단(20)과, 상기 오일주입수단(10) 및 에어주입수단(20)에 의해 주입된 오일과 에어를 혼합하는 혼합기(30)와, 상기 오일주입수단(10) 및 에어주입수단(20)과 혼합기(30)의 작동을 컨트롤하고 모니터링 할 수 있도록 마련된 제어부(40);를 포함하는 구성으로 이루어진 에어 오일 윤활 공급 장치에 있어서,
    상기 펌프(13)의 흡입구에는 탱크내의 오일에 존재하는 불순물을 여과하고 흡입하는 석션필터(15)가 설치되고, 상기 펌프에서 펌핑되는 오일의 유압을 측정하는 유압측정기(18)가 설치되며, 상기 펌프(13)의 출측라인에는 벤팅밸브(16)와 릴리프밸브(17)가 순차적으로 설치되고, 상기 에어주입수단(20)은 에어의 불순물을 필터링하고 에어의 필요한 레벨과 평활성을 갖도록 변환하여 출력하는 필터 레귤레이터(21)와, 솔레노이드밸브(22) 및 공압측정기(23)가 설치된 것을 특징으로 하는 에어 오일 윤활 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 혼합기(30)는 에어 오일 토출구(31)가 적어도 3개 이상임을 특징으로 하는 에어 오일 윤활 공급 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합기(30)의 에어 오일 토출구(31)에서 목적지로의 1회 토출 량은 0.005 cc/brg, 최소 토출 간격은 0.5 min, 압축 공기 소모량은 20 NL/min/brg인 것을 특징으로 하는 에어 오일 윤활 공급 장치.
  6. 삭제
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