KR102073555B1

KR102073555B1 - 공작기계를 위한 절삭유 냉각장치

Info

Publication number: KR102073555B1
Application number: KR1020190166400A
Authority: KR
Inventors: 김병준
Original assignee: (주)세양메카트로닉스
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-02-05

Abstract

본 발명은 CNC 가공기계와 같은 기계가공장치에 사용되는 절삭유를 보다 간편하고 효과적으로 냉각시킬 수 있는, 가공기계를 위한 절삭유 냉각장치에 관한 것이다. 그의 구성은; 공작기계 또는 그 주변에 고정 설치되는 것으로서 압축공기를 공급받아 이를 저온의 압축공기와 고온의 압축공기로 분류하여 각각 토출하도록 하는 볼텍스튜브; 상기 볼텍스튜브의 저온의 압축공기가 배출되는 저온배출구에 일단이 연결되는 냉기공급관; 상기 냉기공급관의 타단을 상기 공작기계의 절삭유저장탱크 내부에 고정시키기 위하여 상기 냉기공급관의 타단에 설치되는 냉기관고정기구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계를 위한 절삭유 냉각장치{Cooling Apparatus For Cutting Oil Of Machine Tool}

본 발명은 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 CNC 가공기계와 같은 기계가공장치에 사용되는 절삭유를 보다 간편하고 효과적으로 냉각시킬 수 있으며 절삭유의 사용수명을 늘림으로써 각종 비용을 절감시킬 수 있는, 공작기계를 위한 절삭유 냉각장치에 관한 것이다.

CNC 선반, 머시닝 센터 등 각종 공작기계는 기계절삭과정에서 발생하는 열을 냉각시켜주고 기계가공부위의 윤활을 위하기 위하여 절삭부위에 절삭유를 연속적으로 공급해준다. 따라서 절삭부위에서 발생하는 고열을 흡수하게 되므로 절삭유는 온도가 상승하게 된다. 절삭유는 소비량이 많기 때문에 순환장치를 통해 순환 공급된다. 절삭유는 각종 이물질을 많이 포함하게 되므로 순환과정에서 필터링이 필요하다.

한편 순환되는 절삭유는 온도 상승요인은 있지만, 온도를 낮추는 요인이 별도로 없기 때문에 지속적으로 온도가 상승하게 된다. 절삭유의 온도가 지나치게 상승하는 경우에는 비등이 일어나 냉각기능 및 윤활기능이 상실될 수도 있다. 절삭유의 온도가 상승하게 되는 경우에는 절삭유가 산폐되기도 하고 저장탱크에서 미생물이 생장하기도 한다. 미생물이 번식하게 되는 경우에는 불쾌한 냄새가 나기 때문에 종래에는 방향제를 뿌려 이 냄새를 없애고자 하였다. 그러나 방향제에 의해 절삭유가 희석되기 때문에 절삭유의 윤활기능이 저하되어 공구의 수명단축 등 악순환이 반복되는 현상이 있었다. 이러한 사정은 절삭유의 수명을 단축시키게 되고 곧 비용증가 및 업무효율의 저하로 이어진다. 비용이라 함은 새로운 절삭유를 공급하는 비용과 사용된 절삭유를 폐기하는 비용을 포함한다. 절삭유에 이물질이 많이 포함되어 있는 경우에는 가공품질에도 영향을 미칠 수가 있게 된다.

그래서 종래에 절삭유를 냉각시키기 위한 절삭유 냉각장치가 제공되기도 하였는데, 이들은 보통 규모가 큰 장비로 구성되어 있다. 따라서 장소가 좁은 곳에서는 설치하기도 어려우며, 설치비용도 많이 소요되어 현실적이지 못하다.

대한민국 실용신안공개 실1996-028420호 대한민국 특허등록 제10-1582835호

위와 같은 문제에 대하여 본 발명의 목적은 공작기계에서 사용되는 절삭유를 냉각시키기 위한 절삭유 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 좀 더 구체적으로는 구성이 간단하여 설치비용이 적게 소요되고 설치장소에 대한 제약을 거의 받지 아니하며, 효과적인 냉각성능을 발휘할 수 있는 절삭유의 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 나아가 절삭유의 성능이 오래 유지되게 함으로써 그 수명을 연장시켜 각종 비용을 절감하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 공작기계 또는 그 주변에 고정 설치되는 것으로서 압축공기를 공급받아 이를 저온의 압축공기와 고온의 압축공기로 분류하여 각각 토출하도록 하는 볼텍스튜브(Vortex Tube); 상기 볼텍스튜브의 저온의 압축공기가 배출되는 저온배출구에 일단이 연결되는 냉기공급관; 상기 냉기공급관의 타단을 상기 공작기계의 절삭유저장탱크 내부에 고정시키기 위하여 상기 냉기공급관의 타단에 설치되는 냉기관고정기구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 절삭유 냉각장치에 의해 달성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 절삭유저장탱크 내부에 설치되는 내측자석체를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 냉기관고정기구는,

속이 빈 공간을 제공하며 냉기가 분산 분출되도록 하는 다수의 분출공이 마련되어 있는 케이싱; 상기 냉기공급관의 연결을 위하여 상기 케이싱의 벽체에 설치되는 관조인트; 상기 케이싱 내부에 설치되는 것으로서 상기 케이싱이 상기 절삭유저장탱크의 바닥판에 자력(磁力)으로 고정되도록 하는 내측자석체;를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 내측자석체는 네오디뮴(Neodymium)인 것일 수 있다.

위와 같은 구성에 따르면, 볼텍스튜브에서 배출되는 냉각된 공기와 절삭유 간의 열교환에 의하여 절삭유를 냉각시킬 수 있게 된다. 즉 볼텍스튜브의 설치만으로 절삭유를 냉각시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있으므로 저비용으로 냉각장치를 구비하게 된다. 또한 별다른 유지비용이 소요되지 않으며 산업현장에 흔히 있는 컴프레서만을 이용하면 된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 네오디뮴 자석이 절삭유에 포함되어 있는 금속성 가루를 제거하는 효과를 얻을 수 있으며, 물속에서 수소를 발생시키는 네오디뮴 자석의 특유한 효과에 의해 절삭유의 산폐를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다. 좀 더 구체적으로는 네오디뮴 자석에서 발생하는 수소이온에 의해 절삭유저장탱크에 담긴 절삭유의 pH를 적정한 수준으로 유지시켜줄 수 있어 박테리아의 성장을 억제하고 절삭유와 닿게 되는 공작기계의 각 부품의 산화를 방지할 수가 있게 된다. 공구의 수명을 연장시키는 부수적인 효과도 얻을 수 있다.

이 결과로 절삭유의 수명을 연장시킴으로써 교환주기를 늦출 수 있어 절삭유수급 및 폐기에 따른 각종 비용과 인력을 절감할 수 있음며, 절삭유의 폐기량을 줄임으로써 환경보호에도 도움을 줄 수 있게 된다. 또한 절삭유의 품질을 유지시킴으로써 절삭공구의 성능 향상 및 절삭품질을 유지시키는데 도움을 줄 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 공작기계를 위한 절삭유 냉각장치의 일부 절개사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 공작기계를 위한 절삭유 냉각장치의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 공작기계를 위한 절삭유 냉각장치의 작용을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 공작기계를 위한 절삭유 냉각장치의 단면 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 3을 먼저 참조하여 설명하겠으며, 이후 필요한 곳에서 나머지 도면을 인용하기로 한다.

본 발명에 의한 공작기계를 위한 절삭유 냉각장치(1, 이하 '절삭유 냉각장치'라 한다)는 볼텍스튜브가 토출하는 냉각공기를 이용하여 절삭유를 냉각시키기는 구성을 가진다. 이를 위하여 절삭유 냉각장치(1)는 볼텍스튜브(3), 냉기공급관(5), 및 냉기관고정기구(7)를 포함한다. 그러나 냉기공급관(5)은 선택적으로 마련되는 것으로서 절삭유 저장탱크(7)의 구성에 따라서 생략될 수도 있다.

절삭유 저장탱크(9)는 본 발명의 실시를 위하여 필요한 것이지만, 공작기계(100)의 구성요소인 것이 보통이다. 절삭유 저장탱크(9)의 절삭유(L)는 순환펌프에 의해 펌핑되어 공작기계(100)의 절삭부위에 공급된다. 사용된 절삭유는 절삭유 저장탱크(9)로 회수되며 순환과정에서 여과부를 거치게 된다.

볼텍스튜브(3, Vortex Tube)는 공지의 유체기구로서, 압축공기를 공급받아 이를 저온의 압축공기와 고온의 압축공기로 분류하여 각각 반대방향으로 토출하는 기구이다(특허등록 제10-1472910호, 제10-1200089호 참조). 볼텍스튜브(3)는 공작기계(100) 또는 그 주변에 고정 설치된다. 볼텍스튜브(3)는 압축공기 유입구(3a), 냉기 배출구(3b) 및 온기배출구(3c)를 가진다. 볼텍스튜브(3)는 다양한 형태의 것이 이용될 수 있으므로 도시된 모델에 본 발명의 권리범위가 국한되지는 않는다.

냉기공급관(5)의 일단이 볼텍스튜브(3)의 저온의 압축공기가 배출되는 냉기배출구(3b)에 연결된다. 냉기공급관(5)의 타단은 절삭유저장탱크(9)로 연장된다.

냉기관고정기구(7)는 냉기공급관(5)의 타단을 공작기계(100)의 절삭유저장탱크(9) 내부에 고정시키기 위하여 냉기공급관(5)의 타단에 설치된다. 냉기관고정기구(7)는 분출되는 압축공기에 의한 반작용으로 냉기공급관(5)이 유동하지만 않게 하면 된다. 냉기관고정기구(7)는 다양한 방식이 사용될 수 있다.

볼텍스튜브(3)는 튜브 고정수단에 의해 공작기계(1) 또는 절삭유저장탱크(9)에 고정된다. 본 실시예에 의하면 외측자석체(11)가 튜브 고정수단으로 이용되고 있다. 외측자석체(11)에 의하면 볼텍스튜브(3)의 설치장소를 쉽게 옮길 수 있고, 공작기계 등에 흠집을 내지 않아도 되며, 철재로 된 평면이 있으면 되기 때문에 설치위치가 자유롭다는 장점이 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 절삭유저장탱크 내부에 설치되는 내측자석체(13)를 더 포함할 수 있다. 내측자석체(13)는 절삭유(L)에 포함되어 있는 철재질의 미세한 입자를 자력으로 부착시킬 수 있게 한다. 그러므로 미처 여과되지 않은 미세한 철입자도 한번 더 필터링할 수 있는 효과를 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 냉기관고정기구(7)는 케이싱(15), 관조인트(17) 및 내측자석체(13)를 포함할 수 있다. 즉 내측자석체(13)는 냉기관고정기구(7)로도 사용되고 그 자체로도 독립적인 작용을 수행한다.

케이싱(15)은 속이 빈 공간을 제공하며 냉기가 분산 분출되도록 하는 것으로서 다수의 분출공(19)이 표면 전체 또는 일부에 마련되어 있다. 관조인트(17)는 냉기공급관(5)의 연결을 위하여 상기 케이싱(15)의 벽체에 설치된다. 도시된 바에 의하면 케이싱(15)의 상판에 관조인트(17)가 설치되고 있다.

내측자석체(13)는 케이싱(15) 내부에 설치되는 것으로서 케이싱(15)이 상기 절삭유저장탱크(9)의 바닥판(9a)에 자력으로 고정되도록 한다. 내측자석체(13)는 케이싱바닥판(21)에 고정될 수도 있고 단지 그 위에 놓이기만 할 수도 있다. 내측자석체(13)는 강한 자력으로 절삭유저장탱크(9)에 부착될 수 있도록 케이싱의 표면으로 드러나도록 설치될 수도 있다.

볼텍스튜브(3)에서 분출되는 냉각공기는 냉기공급관(5)을 통해서 케이싱(15)으로 유입된 다음 케이싱(15) 내부에서 분출되며, 분출된 공기는 분출공(19)을 통해 분산되어 기포 형태로 절삭유(L)로 공급되어 그와 열교환을 한다. 절삭유(L)의 온도가 하강하게 되는 경우에는 절삭유저장탱크(9)에서의 미생물의 번식을 방지 또는 억제할 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 내측자석체(13)는 네오디뮴(Neodymium, Nd) 자석일 수 있다. 이 자석은 물속에서 수소(H₂)를 발생시킨다. 좀 더 구체적으로는, 네오디뮴은 전기 음성도가 매우 낮은 원소로서 찬물과는 서서히 반응하지만 뜨거운 물속에서는 빠르게 반응하여 수산화 네오디뮴 수산화물을 형성하고 수소 기체를 발생시킨다(2Nd(s) + 6H₂O(l) → 2Nd(OH)₃(aq) + 3H₂(g)).

발생된 수소는 도 3에 도시된 것처럼 절삭유저장탱크(9)에 포함되어 있는 산소(O₂)와 결합하여 물(2H₂O)을 생성한다. 즉 절삭유저장탱크(9)에서 산소를 제거하는 효과를 얻을 수 있으며, 결과적으로 미생물의 생장에 요구되는 조건을 제거하게 되는 것이다. 본 발명은 네오디뮴 자석의 화학적 특성을 이용한 점에 있어서 고도한 기술적 사상을 가지고 있는 것이다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 본 실시예는 내측자석체(13)의 다른 설치방식을 예시하기 위한 것이다 도 4(a)에 도시된 바에 의하면, 내측자석체(13)가 케이싱(15)의 저면으로부터 노출되도록 설치되고 있다. 바닥면에 좀 더 강한 자력으로 부착 고정될 수 있도록 하기 위한 것이다. 이와 같은 경우에는 케이싱(15)의 내벽면에도 미세한 금속 입자가 달라붙게 될 수 있다.

도 4(b)에 도시된 바에 의하면, 내측자석체(13)는 링형태로 되어 있으며, 케이싱의 외주에 끼워져 고정된다. 본 실시예에서 내측자석체(13)는 접착제와 같은 고정수단에 의해 케이싱(15)에 고정될 수 있다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다. 위에 개시된 실시예는 다양한 조합이 가능할 것이며, 가능한 모든 조합은 본 발명의 권리범위 내에 있는 것이 된다.

1 : 공작기계를 위한 절삭유 냉각장치
3 : 볼텍스튜브(Vortex Tube) 5 : 냉기공급관
7 : 냉기관고정기구 9 : 절삭유저장탱크
11 : 외측자석체 13 : 내측자석체
15 : 케이싱 17 : 관조인트
19 : 분출공 100 : 공작기계

Claims

공작기계 또는 그 주변에 고정 설치되는 것으로서 압축공기를 공급받아 이를 저온의 압축공기와 고온의 압축공기로 분류하여 각각 토출하도록 하는 볼텍스튜브;
상기 볼텍스튜브(Vortex Tube)의 저온의 압축공기가 배출되는 저온배출구에 일단이 연결되는 냉기공급관;
상기 냉기공급관의 타단을 상기 공작기계의 절삭유저장탱크 내부에 고정시키기 위하여 상기 냉기공급관의 타단에 설치되는 냉기관고정기구를 포함하되;
상기 냉기관고정기구는,
속이 빈 공간을 제공하며 냉기가 분산 분출되도록 하는 다수의 분출공이 마련되어 있는 케이싱;
상기 냉기공급관의 연결을 위하여 상기 케이싱의 벽체에 설치되는 관조인트;
상기 케이싱 내부에 설치되는 것으로서 상기 케이싱이 상기 절삭유저장탱크의 바닥판에 자력으로 고정되도록 하는 내측자석체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 절삭유 냉각장치.
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제1항에 있어서,
상기 내측자석체는 네오디뮴(Neodymium)인 것을 특징으로 하는 공작기계의 절삭유 냉각장치.