KR20100136763A - 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계의 구동장치 작동오일을 보다 확실하게 냉각 또는 가열할 수 있어서, 동절기에는 초기 운전시간을 단축할 수 있고, 하절기에는 과열을 방지함으로써 가공오차를 현저히 줄일 수 있도록 한 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치에 관한 것이다.

본 발명의 주요 특징은,

공작기계의 구동장치에 설치되며, 작동오일이 순환되는 작동오일 순환라인; 압축기, 응축기, 증발기를 갖되, 상기 증발기는 상기 작동오일 순환라인과 열교환 가능하게 근접 또는 접촉되게 설치되는 냉각라인; 상기 냉각라인 상에 설치되는 제1 개폐밸브; 상기 냉각라인의 압축기 출구측과 증발기의 입구측을 연결하는 가열라인; 상기 가열라인 상에 설치되는 제2 개폐밸브; 상기 열교환 오일의 온도를 실시간으로 검출하는 온도감지센서; 이미 입력된 설정값에 상기 온도감지센서의 검출온도값이 일치되게 비례 연산하고, 검출온도값이 설정값에 근접하면 잔류편차를 제거하여 상기 제1,2 개폐밸브의 개폐정도를 제어하는 제어부;를 포함하는 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치이다.

공작기계, 구동장치, 온도제어부

Description

작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치{Machine tool driving apparatus}

본 발명은 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치에 관한 것이다.

더 상세하게는 공작기계의 구동장치 작동오일을 보다 확실하게 냉각 또는 가열할 수 있어서, 동절기에는 초기 운전시간을 단축할 수 있고, 하절기에는 과열을 방지함으로써 가공오차를 현저히 줄일 수 있도록 한 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계에는 구동부의 운전시 발생되는 구동열을 냉각시켜주기 위한 오일쿨링장치가 설치되어 있다.

통상의 오일쿨링장치는 구동부와 접촉되게 설치되는 작동오일 순환라인과, 상기 상기 작동오일 순환라인을 저온으로 열교환시켜주는 열교환장치로 구성되어 있다.

도 1은 종래 오일쿨링장치에 적용되는 열교환장치의 일예시도이다.

위 도면에서 도시된 열교환장치는 압축기(3), 응축기(4), 팽창변(5), 증발기(6)로 구성되는 냉각라인(2)을 갖추고 있고, 이중 상기 증발기(6)는 작동오일 순 환라인(1)과 근접 또는 접촉되게 설치되어 증발기(6)의 냉각작용에 의해 작동오일 순환라인(1)을 냉각시킬 수 있도록 되어 있다.

이에 더하여, 상기 압축기(3)의 출구측과 증발기(6)의 입구측을 연결하는 가열라인(7)을 추가로 설치되며, 상기 가열라인(7) 상에는 레귤레이터(8)가 설치된다.

따라서, 작동오일 순환라인(1)을 냉각할 때는 상기 레귤레이터(7)를 차단한 상태에서 냉매가 냉각라인(2) 만을 순환하도록 함으로써 냉각작용이 가능하다.

한편, 동절기나 공작기계의 초기 운전시 구동부의 온도를 단시간 내에 기준온도까지 상승시키고자 할 때는, 레귤레이터(7)를 개방하여 냉각라인(2)과 가열라인(7)으로 냉매가 순환되게 함에 따라 냉각라인(2)을 통과하는 냉매는 차가운 상태이고, 가열라인(7)을 통과하는 냉매는 압축기(3)로 부터 바로 유입되므로 뜨거운 상태가 되므로 증발기(6) 바로 앞에서 이들 저온냉매와 고온냉매가 혼합되어 미지근한 상태의 냉매가 증발기(6)로 유입된다.

이에 따라, 증발기(6)를 통과하는 미지근한 냉매와의 열교환작용에 의해 작동오일 순환라인(1) 내의 저온 오일을 어느 정도 상승시켜서 오일의 온도상승을 도와줄 수 있게 된다.

그러나, 상기한 열교환장치는 냉각라인(2)과 가열라인(7)으로 동시에 냉매가 통과하여 증발기(6)의 바로 앞에서 합류하게 되므로 냉매의 온도를 고온으로 형성하기 어려웠다. 따라서, 열교환 오일을 급속히 승온시키는데 미비하였다.

한편, 아주 추운 동절기에는 가열라인(7)으로만 냉매가 흐르도록 해야함은 당연할 것이나, 늦가을이나 춥지 않은 겨울철에는 가열라인(7)으로만 냉매가 흐를 필요는 없을 것이다.

이러한 경우 냉각라인(2)과 가열라인(7)으로 적정비율로 냉매가 흐르게 되는데, 작동오일 순환라인(1)의 온도에 따라서 (냉각라인:가열라인)의 냉매량이 결정되어야 한다.

그러나, 도 2의 그래프와 같이 냉각라인(2)으로 6할 이상의 냉매가 흐르는 경우에는 설정온도인 35℃로 온도제어가 원활히 제어되나, 5할이하가 되면 온도의 진폭(45%, 40%)이 커져서 미세한 온도제어가 어렵다는 문제점이 발생하게 됨을 실험을 통해 발견할 수 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 공작기계의 구동장치 작동오일을 보다 확실하게 냉각 또는 가열할 수 있어서, 동절기에는 초기 운전시간을 단축할 수 있고, 하절기에는 과열을 방지함으로써 가공오차를 현저히 줄일 수 있도록 한 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면,

공작기계의 구동장치에 설치되며, 작동오일이 순환되는 작동오일 순환라인; 압축기, 응축기, 증발기를 갖되, 상기 증발기는 상기 작동오일 순환라인과 열교환 가능하게 근접 또는 접촉되게 설치되는 냉각라인; 상기 냉각라인 상에 설치되는 제1 개폐밸브; 상기 냉각라인의 압축기 출구측과 증발기의 입구측을 연결하는 가열라인; 상기 가열라인 상에 설치되는 제2 개폐밸브; 상기 열교환 오일의 온도를 실시간으로 검출하는 온도감지센서; 이미 입력된 설정값에 상기 온도감지센서의 검출온도값이 일치되게 비례 연산하고, 검출온도값이 설정값에 근접하면 잔류편차를 제거하여 상기 제1,2 개폐밸브의 개폐정도를 제어하는 제어부;를 포함하는 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치이다.

또한, 본 발명의 제2 관점에 따르면,

상기 제1 개폐밸브는 응축기와 증발기 사이에 위치하게 구성된 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치이다.

상기한 본 발명은 공작기계의 구동장치 작동오일을 보다 확실하게 냉각 또는 가열할 수 있어서 동절기에는 초기 운전시간을 단축할 수 있고, 하절기 및 구동열에 의한 과열을 방지함으로써 가공오차를 현저히 줄일 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 보다 명확해 질 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 열교환 오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치의 요부 구성도이다.

위 도면에서와 같이, 본 발명은 공작기계의 구동장치에 설치되는 작동오일 순환라인 내부를 순환하는 열교환 오일의 온도를 2개의 레귤레이팅 밸브를 효과적으로 제어하여 냉각 또는 가열을 확실하게 시행할 수 있고, 경우에 따라서는 냉각냉매와 가열냉매의 양을 적절히 혼합하여 열교환 오일의 온도를 미세하게 제어할 수 있는 열교환 오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치에 관한 것이다.

이러한 열교환 오일의 온도제어부(10)(이하 "온도제어부"라 약칭함)는 공작기계의 구동장치에 설치되는 작동오일 순환라인(20)을 냉각하기 위한 냉각라인(30)을 갖는다.

또한, 본 발명의 온도제어부(10)는 상기 냉각라인(30) 상에 설치되는 압축기(11), 응축기(12), 증발기(13)를 갖는다.

상기한 압축기(11), 응축기(12), 증발기(13)의 기능은 널리 알려져 있으므로 생략한다. 다만, 냉각 및 가열의 주체인 상기 증발기(13)는 작동오일 순환라인(20)과 근접 또는 접촉되게 설치되어 작동오일 순환라인(20)을 냉각 또는 가열할 수 있도록 해야 한다.

또한, 본 발명의 온도제어부(10)는 상기 냉각라인(30) 상에 설치되는 제1 개폐밸브(40)를 갖는다.

여기서, 상기 제1 개폐밸브(40)는 상기 냉각라인(30)을 통과하는 냉매의 유량을 조절해 주는 레귤레이팅 밸브(Regulating Valves)가 적용되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1 개폐밸브(40)는 응축기(12)와 증발기(13) 사이에 설치되어 팽창변의 역할을 병행토록 하는 것이 또한 바람직하다.

또한, 본 발명의 온도제어부(10)는 상기 냉각라인(30)의 압축기(11) 출구측과 증발기(13)의 입구측을 연결하는 가열라인(50)을 갖는다.

상기 가열라인(50)은 압축기(11)로 부터 유입되는 고온 고압의 가스가 증발기(13)로 송출되므로 작동오일 순환라인(20)을 가열하는 기능을 하게 된다.

또한, 본 발명의 온도제어부(10)는 상기 가열라인(50) 상에 설치되는 제2 개폐밸브(60)를 갖는다.

여기서, 상기 제2 개폐밸브(60)는 상기 가열라인(50)을 통과하는 냉매의 유량을 조절해주는 레귤레이팅 밸브(Regulating Valves)가 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 온도제어부(10)는 작동오일 순환라인(20)의 내부에서 순환되는 작동오일의 온도를 실시간으로 검출하는 온도감지센서(70)를 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 온도제어부(10)는 상기 온도감지센서(70)의 검출온도값을 토대로 하여 상기 제1,2 개폐밸브(40,60)의 개폐정도를 제어하는 제어부(80)를 갖는다.

여기서, 상기 제어부(80), 온도감지센서(70), 제1,2 개폐밸브(40,60)에 의한 제어는 PID(Proportinal Integral Differential) 제어방식이 채택된다.

상기한 PID 제어방식은 제어부(80)에 이미 입력된 설정값에 상기 온도감지센서(70)의 검출온도값이 일치되게 비례 연산하고, 검출온도값이 설정값에 근접하면 잔류편차를 제거하여 상기 제1,2 개폐밸브(40,60)의 개폐정도를 제어하는 방식을 말한다.

여기서, 상기 PID 제어방식은 잔류편차를 제거하는 기능을 가짐에 따라 제어의 응답속도가 빠르다는 장점을 갖는다.

이하에서는 상기한 구성에 따른 본 발명의 작동 과정을 설명한다.

동절기나 공작기계의 초기 운전시 구동부 내의 작동오일은 저온 상태이다. 따라서, 이러한 경우에는 작동오일의 온도를 높여주어야 할 필요가 있다.

이를 위해, 상기 제2 개폐밸브(60)의 열림정도를 크게 하게 되면 압축기(11)를 통과한 고온 고압의 기상 냉매가 가열라인(50)을 경유하여 증발기(13)로 곧바로 유입되므로 증발기(13)에서 발산되는 고온열에 의해 작동오일 순환라인(20)을 가열하게 된다. 따라서 구동부의 급가열할 수 있어서 초기 운전기 장시간 워밍업을 할 필요가 없기 때문에 에너지 절약이 가능하다.

한편, 상기 제1 개폐밸브(40)는 완전히 폐쇄하거나 열림정도를 작게 하여 냉매의 흐름량을 제한하게 되면 냉각라인(30)을 통과하는 냉매는 거의 없게 되므로 상기 가열라인(50)을 통과하는 고온 고압의 기상 냉매와 증발기(13)의 바로 앞에서 혼합되어 냉매의 온도가 상승하기 때문에 작동오일 순환라인(20) 내의 오일을 빠른 시간 내에 원하는 온도까지 신속하게 상승시킬 수 있게 된다.

다른 한편, 하절기나 구동부의 구동열에 의해 작동오일이 과열된 경우에는 작동오일을 냉각시켜주어야 한다.

이를 위해, 상기 제1 개폐밸브(40)의 열림정도를 크게 하고 제2 개폐밸브(60)의 열림정도를 작게 하거나 폐쇄하게 되면, 냉각라인(30)으로는 많은 양의 냉매가 유입되고, 상대적으로 가열라인(50)으로는 적은 양의 냉매가 흐르거나 아예 흐르지 않게 된다.

따라서, 냉각라인(30)을 통과하는 냉매는 응축기(12)와 제1 개폐밸브(40)를 통과하면서 저온으로 변온되어 증발기(13)를 경유하게 되므로 증발기(13)에서 발산되는 저온열에 의해 작동오일 순환라인(20)을 냉각하게 된다. 따라서, 구동부의 과열을 미연에 방지할 수 있고, 이로 인해 구동부의 열변형을 제어할 수 있다.

이러한 본 발명은 도 4의 실험데이터에서 볼 수 있듯이 제1,2 개폐밸브(40,60)의 상대제어를 통해 냉각라인(30)으로 흐르는 냉매량과 관계없이 설정온도인 35℃를 유지할 수 있어서 온도제어의 정확도를 높일 수 있는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 종래 오일쿨링장치에 적용된 열교환장치의 일 예시도

도 2는 종래 오일쿨링장치의 냉매량에 따른 온도제어 그래프

도 3은 본 발명에 따른 작동오일 온도제어부의 구성도

도 4는 본 발명에 따른 작동오일 온도제어부의 온도제어 그래프

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 온도제어부

20 : 작동오일 순환라인

30 : 냉각라인

40 : 제1 개폐밸브

50 : 가열라인

60 : 제2 개폐밸브

70 : 온도감지센서

80 : 제어부

Claims (2)

1. 공작기계의 구동장치에 설치되며, 작동오일이 순환되는 작동오일 순환라인;

   압축기, 응축기, 증발기를 갖되, 상기 증발기는 상기 작동오일 순환라인과 열교환 가능하게 근접 또는 접촉되게 설치되는 냉각라인;

   상기 냉각라인 상에 설치되는 제1 개폐밸브;

   상기 냉각라인의 압축기 출구측과 증발기의 입구측을 연결하는 가열라인;

   상기 가열라인 상에 설치되는 제2 개폐밸브;

   상기 열교환 오일의 온도를 실시간으로 검출하는 온도감지센서;

   이미 입력된 설정값에 상기 온도감지센서의 검출온도값이 일치되게 비례 연산하고, 검출온도값이 설정값에 근접하면 잔류편차를 제거하여 상기 제1,2 개폐밸브의 개폐정도를 제어하는 제어부;를 포함하는 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 개폐밸브는 응축기와 증발기 사이에 위치하게 구성된 작동오일의 온도제어부를 갖는 공작기계 구동장치.

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