KR101672543B1 - 쿨런트 분사 압력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계에서 사용되는 쿨런트 분사 장치에서 가공 부위나 가공 방법의 종류에 따라 달라지는 쿨런트의 분사 압력을 미리 설정된 최적값으로 조절할 수 있는 쿨런트 분사 압력 제어 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로는 본 발명은 공작기계의 공구가 장착되도록 형성되는 장착부; 상기 장착부의 단부에서 돌출 형성되어 공구에 쿨런트를 분사하는 노즐; 쿨런트를 수용하는 탱크로부터 상기 노즐로 쿨런트를 공급하도록 구비되는 펌프 모터; 상기 펌프 모터로부터 상기 노즐로 쿨런트가 유동되는 유로에 구비되어, 쿨런트가 상기 노즐을 통해 분사되는 압력을 측정하는 압력 센서; 상기 펌프 모터를 제어하기 위해 구비되는 인버터; 상기 인버터를 제어하도록 구비되는 컨트롤러; 를 포함하되, 상기 컨트롤러는 공구의 종류에 따라 최적값으로 입력된 쿨런트의 분사 압력과 상기 압력 센서에서 측정된 쿨런트의 분사 압력값을 비교하고, 결과값에 따라 상기 인버터에 수정값을 전달하는 것을 특징으로 하는 쿨런트 분사 압력 제어 방법에 관한 것이다.

공작기계, 머시닝 센터, 터닝 센터, 쿨런트, 윤활유, 압력 제어

Description

쿨런트 분사 압력 제어 방법{Method for controlling injection pressure}

본 발명은 공작기계에서 사용되는 쿨런트 분사 장치에서 가공 부위나 가공 방법의 종류에 따라 달라지는 쿨런트의 분사 압력을 미리 설정된 최적값으로 조절할 수 있는 쿨런트 분사 압력 제어 방법에 관한 것이다.

종래의 쿨런트 분사 장치에서는 쿨런트(coolant)의 분사 압력이 변화되지 않고 고정되어 일정한 압력을 가하도록 설계되어 있다. 쿨런트의 분사 압력은 가공물의 소재, 가공 방법, 가공물의 가공 부위 등에 따라 달리 할 필요가 있다.

따라서 종래의 쿨런트 분사 장치는,

첫째, 쿨런트 분사 장치에서 분사되는 쿨런트의 압력이 가변적일 수 없고, 쿨런트 분사 장치에 구비되는 모터의 설정치에 따라 고정되어 있어, 가공물의 종류나 가공 환경에 따라 가변적으로 쿨런트 분사 압력을 변환할 수 없다. 이에 따라 황삭과 정삭의 경우에 쿨런트의 분사 정도를 달리할 수 없고, 쿨런트의 강한 분사 로 칩의 제거나 절단이 요구되는 가공과 정밀한 가공을 위해 쿨런트를 약하게 분사해야 하는 가공을 변환할 수 없어 작업 능률이 저하되는 단점이 있다.

둘째, 가공물의 종류나 가공 환경에 따라 쿨런트 분사 압력을 변화시키려면 쿨런트 분사 장치에 구비된 모터를 교체하여야 하므로, 작업량이 증가하고 작업을 중단해야하므로 비효율적이다.

따라서 공작기계에서 사용되는 쿨런트 분사 장치에서 가공 작업을 중단하거나 부품의 교체할 필요 없이 가공물의 종류나 가공 방법의 종류에 따라 쿨런트의 분사 압력을 최적값으로 변환하여 분사할 수 있는 쿨런트 분사 압력 제어 장치의 개발이 요구되어 왔다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 공작기계에 범용적으로 구비되는 쿨런트 분사 장치에서, 부품을 교체하기 위해 가공 작업을 중단하지 않고, 가공물의 종류나 가공 방법의 종류에 따라 최적화된 쿨런트 분사 압력으로 조절하여 분사할 수 있는 쿨런트 분사 압력 제어 방법을 제공하고자 개발되었다.

본 발명은 공작기계의 공구가 장착되도록 형성되는 장착부(110); 상기 장착부(110)의 단부에서 돌출 형성되어 공구에 쿨런트를 분사하는 노즐(120); 쿨런트를 수용하는 탱크(135)로부터 상기 노즐(120)로 쿨런트를 공급하도록 구비되는 펌프 모터(130); 상기 펌프 모터(130)로부터 상기 노즐(120)로 쿨런트가 유동되는 유로(160)에 구비되어, 쿨런트가 상기 노즐(120)을 통해 분사되는 압력을 측정하는 압력 센서(161); 상기 펌프 모터(130)를 제어하기 위해 구비되는 인버터(140); 상기 인버터(140)를 제어하도록 구비되는 컨트롤러(150); 를 포함하되, 상기 컨트롤러(150)는 공구의 종류에 따라 최적값으로 입력된 쿨런트의 분사 압력과 상기 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 분사 압력값을 비교하고, 결과값에 따라 상기 인버터(140)에 수정값을 전달하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 분사 압력값을 실시간으로 화면에 표시하는 디스플레이부(170)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은 상기 디스플레이부(170)는 상기 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 분사 압력값에 대한 신호를 전달받아 증폭하는 증폭부(171); 상기 증폭부(171)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 컨버터(172); 상기 컨버터(172)에서 변환된 쿨런트의 분사 압력값에 대한 디지털 신호가 상기 컨트롤러(150)를 거쳐 화면에 표시되는 표시부(173); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 쿨런트 분사 압력 제어 방법은,

첫째, 공작기계에 구비되는 쿨런트 분사 장치에서 쿨런트의 압력을 센서에 의해 체크하고, 공구의 고유번호에 따라 미리 입력된 최적 분사 압력값에 수렴하도록 쿨런트의 펌프 모터를 조절할 수 있어, 가공물의 종류나 가공 방법의 종류에 따라 쿨런트의 분사 압력을 달리하여 가공의 완성도를 높이는 장점이 있다.

둘째, 쿨런트의 분사 압력을 체크하도록 구비된 압력 센서에서 측정되는 분사 압력을 실시간으로 디스플레이 장치에 표시하여 작업자가 쿨런트의 분사 압력을 눈으로 확인할 수 있으므로, 장비 오작동으로 인한 가공물의 변형 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.

일반적으로 공작기계(工作機械, machine tools)는 주조, 단조 등으로 만든 기계부품을 가공하는 기계이다. 기계공작의 기초가 되는 절삭, 연삭 등과 같이 절삭 칩(chip)을 내면서 가공물의 재료를 가공하여 필요한 모양을 만들어 낸다. 가공물을 소정의 모양으로 깎아내기 위하여 바이트, 드릴 빗, 밀링커터와 같은 커터를 사용하며, 가공물을 회전시키거나 왕복 운동시켜 강제 절삭 가공한다.

공작기계에 사용되는 쿨런트(coolant)는 공작기계의 측면에 부착되는 외부 쿨런트 탱크의 쿨런트 펌프에 의해 지속적으로 분사, 순환 공급되어 절삭, 드릴링, 보링 등의 작업시 공구와 가공물간의 마찰로 인한 과열과 공구 마모를 방지하고, 과열에 의한 가공물의 재질 변화를 방지하는 역할을 한다. 쿨런트(coolant)는 절삭가공에서 사용되는 경우 절삭유(切削油, cutting fluid)로 불리기도 하며 금속 재료와 같은 가공물을 절삭할 때, 절삭 공구부를 냉각시키고 윤활하게 해서 공구의 수명을 연장하거나 다듬질 면을 깨끗이 하기 위해 사용하는 윤활유를 의미한다. 이러한 쿨런트(coolant)의 주된 효과는 첫째, 윤활작용에 의한 마찰이나 공구의 마모 저감, 둘째, 공구나 가공물의 냉각작용에 의한 공구 수명 향상, 셋째, 가공부위의 치수 정밀도 향상, 넷째, 구성인선의 억제작용 칩 배제, 다섯째, 가공면의 녹 방지(방청)를 들 수 있다. 선삭이나 연삭과 같은 고속 가공의 경우에는 냉각작용이 뛰어난 수용성 쿨런트를 사용하는 경우도 많다.

공작기계는 다양한 종류가 있으나 최근에는 다기능을 탑재한 공작기계가 많이 사용되고 있다. 복합공작기계(MC : machining center)는 공구를 최대 60개 이상 가진 ATC(Automatic tool changer)를 갖춘 NC(Numerical control) 공작기계 중에서 가장 진보된 형태로, 차례로 새로운 가공면에 대해 대응하여 필요한 공구를 자동적 으로 배치하고 절삭, 천공, 구멍 넓히기, 연마 등 각종 작업을 하나의 기계로 수행하도록 하는 장치이다. 사용자는 작업 순서만 설정하여 입력하면 이에 따라 자동으로 가공이 수행된다.

공작기계의 다른 예로 밀링머신(milling machine)이 있다. 밀링머신은 밀링커터를 회전시켜 상하, 좌우, 전후의 선형이송운동(線形移送運動)을 준 공작물을 절삭하는 공작기계로 프라이스반(盤)이라고도 한다. 터릿(turret)은 원판 위에서 회전시켜 부품의 설치나 교환이 가능하도록 한 장치를 말한다. 기계적 가공이 필요한 가공물 중에는 한 종류의 절삭 작업으로 가공물이 완성되는 경우는 드물고 바깥지름 절삭, 구멍 가공, 정면 절삭, 보링 및 나사 절삭 등의 작업을 요하는 경우가 많다. 이때 각각의 작업시마다 공구를 교환하거나 사용하는 공작 기계를 변경할 경우 공작물과 공구의 탈착 반복으로 인해 편심 오차가 발생할 수 있다. 따라서 정밀가공 작업에서는 일단 공작물을 주축에 고정한 후 모든 작업을 그 상태에서 수행하는 것이 바람직하고, 작업의 능률면에서도 매우 효율적이라 할 수 있다. 이러한 목적으로 상술한 터릿(turret)이 사용되며 터릿이라 불리는 회전 공구대에 여러 개의 공구를 절삭 공정의 순서대로 고정시켜둔 후, 하나의 공정이 완료될 때마다 터릿을 회전시켜 차순의 절삭 공구를 절삭 작업 위치로 설정한 후 절삭 가공을 계속 수행한다.

이와 같은 복합공작기계(MC : machining center) 또는 터닝 센터에서는 다양한 공구를 사용하여 가공물의 다양한 측면에 대해 다양한 작업을 수행해야 하므로, 각각의 경우에 쿨런트를 분사해야 하는 분사 압력도 다양할 수 있다. 따라서 다양 한 분사 압력으로 조절이 가능한 본 발명에 대해 살펴보기로 한다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1 은 본 발명에 의한 쿨런트 분사 압력 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도를, 도 2 는 본 발명에 의한 쿨런트 분사 압력 제어 장치에 구비되는 디스플레이부의 구조를 개략적으로 나타낸 구조도를, 도 3 은 본 발명에 의한 쿨런트 분사 압력 제어 방법의 작동 과정을 나타내는 순서도를 나타낸다.

도 1 을 참조하면 쿨런트 분사 압력 제어 장치(100)는 장착부(110), 노즐(120), 펌프 모터(130), 압력 센서(161), 인버터(140), 컨트롤러(150)를 포함한다. 상기 장착부(110)는 공구를 장착하기 위한 장비로 복합공작기계(MC : machining center)에서는 스핀들(spindle)이 해당하고, 터닝 센터에서는 터릿(turret)이 해당된다. 상기 장착부(110)는 통상의 공작기계에서 사용되는 공구 장착부와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

도 1 을 참조하면 상기 노즐(120)은 상기 장착부(110)의 단부에서 돌출되도록 형성되어 공구에 쿨런트를 분사하는 장치이다. 상기 노즐(120)에는 노즐의 길이 조절이 가능하도록 형성되는 길이 조절수단이나, 노즐의 분사각도를 조절할 수 있도록 형성되는 각도 조절수단이 구비되는 실시예도 고려할 수 있다.

도 1 을 참조하면 상기 펌프 모터(130)는 쿨런트가 수용된 쿨런트의 탱크(135)로부터 상기 노즐(120)로 쿨런트를 공급하도록 구비될 수 있다. 상기 펌프 모터(130)는 상기 탱크(135)에 수용된 쿨런트를 흡입하여 끌어올린 후, 모터의 회 전 속도에 따른 유속으로 쿨런트 유로(160)로 분출시킨다. 상기 펌프 모터(130)의 모터 회전 속도를 제어하기 위해 상기 펌프 모터(130)에 연결되도록 인버터(140)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 인버터(140)를 제어하기 위해 컨트롤러(150)가 구비된다. 상기 컨트롤러(150)의 작동에 대해서는 후술하기로 한다.

도 1 을 참조하면 상기 압력 센서(161)는 상기 펌프 모터(130)로부터 상기 노즐(120)로 쿨런트가 유동되는 상기 유로(160)상에 구비될 수 있다. 상기 펌프 모터(130)의 회전 속도에 따라 쿨런트는 적정 유속으로 상기 유로(160)를 통해 유동하여 상기 노즐(120)을 통해 분사된다. 이 때 상기 유로(160)에 구비된 상기 압력 센서(161)는 상기 노즐(120)을 통해 분사되는 압력을 측정한다. 상기 압력 센서(161)는 감지기(感知器, sensor)라고도 하며, 여러 종류의 물리량을 검출하고 계측하는 기능을 갖춘 소자인 센서의 한 종류이다. 상기 압력 센서(161)의 출력신호는 원격조작이 쉽고 증폭과 축적이 쉬운 전기신호를 사용하는 것이 일반적이고, 상기 압력 센서(161)는 사람의 감각 기관과 같은 기능을 수행한다. 설계에 따라 상기 압력 센서(161)와 대체하여 쿨런트의 유속을 측정할 수 있는 유속 측정센서가 구비되는 실시예도 고려할 수 있다.

도 1 을 참조하면 상기 컨트롤러(150)는 신호를 입력받아 연산하고 신호를 송출하는 제어 연산부이다. 상기 컨트롤러(150)에는 공구의 종류에 따라 최적화된 수치로 계산된 최적값으로 입력된 쿨런트의 분사 압력이 미리 입력된다. 상기 압력 센서(161)에서 측정된 상기 노즐(120)의 쿨런트 분사 압력값과 미리 입력된 최적값을 상호 비교하여 결과값에 따라 상기 인버터(140)에 수정값을 전달한다. 수정값을 전달받은 상기 인버터(140)는 상기 펌프 모터(130)의 회전 속도를 중가, 감소시키거나 그대로 유지하도록 하여 쿨런트의 최적 분사값에 수렴하도록 한다.

도 1 및 도 2 를 참조하면 상기 쿨런트 분사 압력 제어 장치(100)는 디스플레이부(170)를 선택적으로 구비할 수 있다. 상기 디스플레이부(170)는 상기 장착부(110)와 상기 노즐(120) 중 선택되는 어느 하나에 구비될 수 있다. 도 1 에서는 상기 디스플레이부(170)가 상기 장착부(110)의 외주면에 형성되는 실시예를 도시하고 있다. 상기 디스플레이부(170)는 상기 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 분사 압력값을 실시간으로 화면에 표시해주는 기능을 한다. 상기 디스플레이부(170)의 화면은 액정 화면을 비롯한 다양한 표시 수단으로 구비될 수 있음은 물론이다.

상기 디스플레이부(170)는 증폭부(171), 컨버터(172), 표시부(173)를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 증폭부(171)는 상기 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 분사 압력값에 대한 신호를 전달받아 증폭하는 기능을 수행한다. 상기 압력 센서(161)에서 전달되는 신호가 작기 때문에 이를 상기 컨트롤러(150)로 전달하기 전에 신호를 증폭하기 위함이다. 상기 컨버터(172)는 상기 증폭부(171)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 Analog-digital 컨버터인 것이 바람직하다. 상기 컨버터(172)에서 변환된 디지털 신호는 상기 컨트롤러(150)로 입력된 후 상기 컨트롤러(150)의 지령에 따라 상기 표시부(173)에 표시될 수 있다.

도 3 을 참조하여 상기 쿨런트 분사 압력 제어 장치(100)의 작동과 연산 과정을 시계열적으로 살펴보기로 한다. 먼저, 가공물의 종류와 가공 작업의 종류에 적합하도록 선정된 공구에 정해진 공구의 일련번호가 설정된다. 설정된 일련번호를 갖는 공구마다 최적화된 쿨런트의 분사 압력값을 계산하여 상기 컨트롤러(150)에 미리 입력한다. 상기 컨트롤러(150)에 어떠한 공구의 일련번호를 입력한다. 이 때 다수개의 공구가 사용되는 경우, 공구의 일련번호를 순차적으로 입력하여 둘 수 있다. 쿨런트 분사 장치가 가동되면, 상기 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 분사 압력값(이하 'A'라 한다)과 공구의 종류에 따른 상기 컨트롤러(150)에 입력된 쿨런트 분사 압력의 최적값(이하 'B'라 한다)이 동일한지 비교한다. A와 B값이 동일한 경우 상기 컨트롤러(150)는 별도의 제어를 수행하지 않고, 쿨런트 분사 장치가 종료되기 전까지 상술한 과정을 반복하며 지속적으로 A와 B값의 일치 여부를 체크한다. A와 B값이 다른 경우, 상기 컨트롤러(150)는 상대적인 크기를 비교한다. 상기 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 분사 압력값(A)이 공구의 종류에 따른 상기 컨트롤러(150)에 입력된 쿨런트 분사 압력의 최적값(B)보다 작은 경우에는, 상기 컨트롤러(150)는 상기 인버터(140)에 의해 상기 펌프 모터(130)의 회전 속도를 증가시켜 쿨런트의 분사 압력을 높인다. 그 반대의 경우에 상기 컨트롤러는 상기 인버터(140)에 의해 상기 펌프 모터(130)의 회전 속도를 감소시켜 쿨런트의 분사 압력을 낮춘다.

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

도 1 은 본 발명에 의한 쿨런트 분사 압력 제어 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도.

도 2 는 본 발명에 의한 쿨런트 분사 압력 제어 장치에 구비되는 디스플레이부의 구조를 개략적으로 나타낸 구조도.

도 3 은 본 발명에 의한 쿨런트 분사 압력 제어 장치의 작동 과정을 나타내는 순서도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 쿨런트 분사 압력 제어 장치

110 : 장착부 120 : 노즐

130 : 펌프 모터 135 : 탱크

140 : 인버터 150 : 컨트롤러

160 : 유로 161 : 압력 센서

170 : 디스플레이부 171 : 증폭부

172 : 컨버터 173 : 표시부

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 각각의 공구마다 일련번호가 부여되고, 일련번호마다 해당 공구에 각각의 쿨런트의 분사 압력 값을 컨트롤러(150)에 입력받는 입력단계;

   상기 각각의 공구 중에 어느 하나 또는 복수의 공구가 선택되는 공구 선택단계;

   쿨런트 분사 장치가 가동되는 쿨런트 분사단계;

   상기 쿨런트 분사장치에 구비된 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 제1 분사 압력값(A)과 상기 선택된 공구에 대하여 상기 컨트롤러(150)에 입력된 쿨런트의 제2 분사 압력값(B)을 비교하는 비교단계;

   상기 비교단계에서, 상기 제1 분사 압력값(A)과 상기 제2 분사 압력값(B)이 동일하면 상기 쿨런트 분사 장치가 종료될 때까지 상기 비교단계를 반복하는 반복단계;

   상기 비교단계에서, 상기 제1 분사 압력값(A)과 상기 제2 분사압력값(B)이 다르면 상기 제1 분사 압력값(A)과 상기 제2 분사압력값(B)의 대소관계를 판단하는 대소 판단단계; 및

   상기 대소 판단단계에서, 상기 제1 분사 압력 값(A)이 상기 제2 분사 압력값(B)보다 작으면 펌프 모터(130)의 회전 속도를 증가시켜 쿨런트의 분사 압력을 높이고,

   상기 제1 분사 압력 값(A)이 상기 제2 분사 압력값(B)보다 크면 상기 펌프 모터(130)의 회전 속도를 감소시켜 쿨런트의 분사 압력을 낮추도록 제어되는 것을 포함하는 쿨런트 분사 압력 제어 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 공구 선택단계에서 복수의 공구가 선택될 경우에

   상기 입력단계에서 상기 복수의 공구에 대한 일련번호를 선택될 순서대로 입력받는 것을 특징으로 하는 쿨런트 분사 압력 제어 방법.
6. 제4항에 있어서,

   상기 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 분사 압력 값을 실시간으로 디스플레이부(170)에 표시하는 것을 포함하는 쿨런트 분사 압력 제어 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 디스플레이부(170)는

   상기 압력 센서(161)에서 측정된 쿨런트의 분사 압력값에 대한 신호를 전달받아 증폭부(171)에서 증폭하고,

   상기 증폭부(171)에서 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 컨버터(172)에서 변환시키며,

   상기 컨버터(172)에서 변환된 쿨런트의 분사 압력값에 대한 디지털 신호가 상기 컨트롤러(150)를 거쳐 화면에 표시부(173)에 표시되는 것

   을 포함하는 쿨런트 분사 압력 제어 방법.

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