KR20120057948A - 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템 - Google Patents

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KR20120057948A
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이태홍
박정훈
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현대위아 주식회사
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Abstract

이 발명은, 이중 노즐을 사용하여 극저온 액체가 공구 페이스면과 플랭크면으로 분사되도록 함으로써 절삭열을 효율적으로 냉각시킬 수 있으며, 극저온 유체에 압축공기를 혼합하여 사용함으로써 극저온 유체를 최소화하여 가공비를 줄일 수 있으며, 상대적으로 높은 온도를 유지하여 주위의 동결현상을 방지할 수 있는, 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템에 관한 것으로서,
압축공기가 저장되어 있는 압축공기 탱크와, 극저온 유체가 저장되어 있는 극저온 유체 탱크와, 상기한 압축공기 탱크에 연결되어 있는 압축공기 밸브와, 상기한 극저온 유체 탱크에 연결되어 있는 극저온 유체 밸브와, 컴퓨터 수치제어기에 설치되어 있는 쿨런트 스위치와. 상기한 압축공기 밸브, 극저온 유체 밸브, 쿨런트 스위치에 연결되어 있는 플로우 제어 유니트와, 상기한 플로우 제어 유니트에 연결되어 있는 라인에 설치되어 있는 밸브와, 상기한 라인에 연결되어 있으며 공구의 주변에 설치되어 있는 이중 노즐을 포함하여 이루어지면 바람직하다.

Description

극저온 유체를 이용한 절삭 시스템{cutting system using cryogen}
이 발명은 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 이중 노즐을 사용하여 극저온 액체가 공구 페이스면과 플랭크면으로 분사되도록 함으로써 절삭열을 효율적으로 냉각시킬 수 있으며, 극저온 유체에 압축공기를 혼합하여 사용함으로써 극저온 유체를 최소화하여 가공비를 줄일 수 있으며, 상대적으로 높은 온도를 유지하여 주위의 동결현상을 방지할 수 있는, 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템에 관한 것이다.
공작기계를 이용한 절삭가공은 다양한 절삭공구를 이용하여 평삭가공, 측면가공, 구멍가공, 나사가공 등이 이루어지며, 이를 위한 NC(수치제어) 공작기계의 경우, 일측에 마련된 공구 매거진에 다수의 절삭공구를 배치하고 주축은 이 공구를 이용하여 필요한 가공에 공구를 교환하면서 가공을 하게 된다. 이로서 공작기계는 다수의 공구수납으로 보다 빠르고 신속하게 운용된다.
상기한 절삭공구는 절삭가공시에 발생하는 1000~1500℃의 높은 온도의 열을 냉각시키기 위하여 액체질소와 같은 극저온 유체를 사용한다.
참고로, 이와 같이 극저온의 유체를 사용하여 절삭공구를 냉각시키는 기술이 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0675580(공고일자 2007년 02월 02일)의 "고에너지 절삭 조작용 극저온 냉각장치 및 방법"에서 개시된 바 있다.
종래의 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템은, CNC 패널로부터 지령을 받은 플로우 제어 유니트가 온/오프 동작으로 극저온의 유체인 액체질소를 질소탱크로부터 최종 공구 노우즈까지 전달시키는데, 극저온 유체는 이송관으로 들어가 노즐 조립체로부터 배출되어 절삭공구 인서트의 공구 노우즈로 전달됨으로써 목표 공구에 직접 충돌한다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템은 1개의 노즐을 사용하기 때문에 극저온 유체가 단지 한방향으로 분사됨으로써 절삭열을 효율적으로 냉각시키지 못하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템은, 극저온 유체만을 사용하기 때문에 상대적으로 극저온 유체를 많이 사용하게 되어 가공비가 상승됨과 동시에, 온도가 상대적으로 더 낮게 내려가게 되므로 주위에 동결현상이 나타나게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이중 노즐을 사용하여 극저온 액체가 공구 페이스면과 플랭크면으로 분사되도록 함으로써 절삭열을 효율적으로 냉각시킬 수 있는, 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 극저온 유체에 압축공기를 혼합하여 사용함으로써 극저온 유체를 최소화하여 가공비를 줄일 수 있으며, 상대적으로 높은 온도를 유지하여 주위의 동결현상을 방지할 수 있는, 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 압축공기가 저장되어 있는 압축공기 탱크와, 극저온 유체가 저장되어 있는 극저온 유체 탱크와, 상기한 압축공기 탱크에 연결되어 있는 압축공기 밸브와, 상기한 극저온 유체 탱크에 연결되어 있는 극저온 유체 밸브와, 컴퓨터 수치제어기에 설치되어 있는 쿨런트 스위치와. 상기한 압축공기 밸브, 극저온 유체 밸브, 쿨런트 스위치에 연결되어 있는 플로우 제어 유니트와, 상기한 플로우 제어 유니트에 연결되어 있는 라인에 설치되어 있는 밸브와, 상기한 라인에 연결되어 있으며 공구의 주변에 설치되어 있는 이중 노즐을 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 라인의 끝에 설치되어 있는 열선을 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 열선은 이중노즐의 뒤쪽으로 20cm 길이로 설치되면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 열선은 극저온 유체에 의하여 순간적으로 라인이 동결되어 관막힘 현상이 발생되는 것을 방지하면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 이중노즐은, 공구의 페이스면(윗면)에 극저온 유체가 분사되도록 하는 제1 노즐과, 공구의 플랭크면(옆면)에 극저온 유체가 분사되도록 하는 제2 노즐을 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 극저온 유체는 액체질소를 사용하면 바람직하다.
이 발명은, 이중 노즐을 사용하여 극저온 액체가 공구 페이스면과 플랭크면으로 분사되도록 함으로써 절삭열을 효율적으로 냉각시킬 수 있으며, 극저온 유체에 압축공기를 혼합하여 사용함으로써 극저온 유체를 최소화하여 가공비를 줄일 수 있으며, 상대적으로 높은 온도를 유지하여 주위의 동결현상을 방지할 수 있는, 효과를 갖는다.
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 이중노즐이 설치된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 이중노즐이 설치된 모습을 보여주는 정면도이다.
도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 이중노즐이 설치된 모습을 보여주는 평면도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 구성은, 압축공기가 저장되어 있는 압축공기 탱크(8)와, 극저온 유체가 저장되어 있는 극저온 유체 탱크(7)와, 상기한 압축공기 탱크(8)에 연결되어 있는 압축공기 밸브(6a)와, 상기한 극저온 유체 탱크(7)에 연결되어 있는 극저온 유체 밸브(6b)와, 컴퓨터 수치제어기(13)에 설치되어 있는 쿨런트 스위치(3)와, 상기한 압축공기 밸브(6a), 극저온 유체 밸브(6b), 쿨런트 스위치(3)에 연결되어 있는 플로우 제어 유니트(5)와, 상기한 플로우 제어 유니트(5)에 연결되어 있는 라인(4)에 설치되어 있는 밸브(14)와, 상기한 라인(4)의 끝에 설치되어 있는 열선(2)과, 상기한 라인(4)에 연결되어 있으며 공구(10)의 주변에 설치되어 있는 이중 노즐(1a, 1b)을 포함하여 이루어진다.
상기한 열선(2)은 이중노즐(6a, 6b)의 뒤쪽으로 20cm 길이로 설치된다.
상기한 극저온 유체는 액체질소를 사용한다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 이중노즐이 설치된 모습을 보여주는 사시도이고, 도 3은 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 이중노즐이 설치된 모습을 보여주는 정면도이고, 도 4는 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 이중노즐이 설치된 모습을 보여주는 평면도이다.
도 2 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 이중노즐의 구성은, 공구(10)의 페이스면(윗면)에 극저온 유체가 분사되도록 하는 제1 노즐(1a)과, 공구(10)의 플랭크면(옆면)에 극저온 유체가 분사되도록 하는 제2 노즐(1b)을 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템의 작용은 다음과 같다.
터릿(9)에 장착된 공구(10)를 이용하여, 척(11)에 고정되어 있는 공작물(12)을 절삭 가공하는 경우에, 1000~1500℃의 높은 온도의 열이 발생하게 된다.
이 경우에, 사용자가 컴퓨터 수치제어기(13)에 설치되어 있는 쿨런트 스위치(3)를 온시키게 되면, 쿨런트 스위치(3)에 연결되어 있는 플로우 제어 유니트(5)가 압축공기 밸브(6a)와 극저온 유체 밸브(6b)를 온시킴으로써 압축공기 탱크(8)로부터 공급되는 압축공기와 극저온 유체 탱크(7)로부터 공급되는 극저온 유체인 액체 질소가 혼합된 후에 라인(4)를 통해 밸브(14)을 거쳐서 이중 노즐(6a, 6b)로 공급된다. 이 때 열선(2)은 극저온 유체에 의하여 순간적으로 라인(4)이 동결되어 관막힘 현상이 발생되는 것을 방지한다.
상기한 이중 노즐(6a, 6b)은 공구(10)의 페이스면(윗면)과 플랭크면(옆면)에 극저온 유체가 분사되도록 함으로써 공구(10)에 발생되는 열을 최소화하여 급격한 공구마모를 방지하여, 경도(hardness) 60HRc의 하드터닝 난삭재 소재 가공시에 공구 마모율을 30% 이상 줄일 수 있게 된다. 이와 같이 공구 마모율을 낮추게 되면 표면 조도 향상에 기여할 수 있다.
또한, 공구(10)와 함께 공작물(12)의 열을 최소화하여 공작물(12)의 인장잔류응력을 최소화시킨다.
그리고, 상대적으로 고가인 액체 질소만을 사용하지 않고, 압축공기를 혼합하여 사용함으로써 액체 질소의 사용을 최소화함으로써 제작비용을 절감할 수가 있게 된다.
1a, 1b : 이중 노즐 2 : 열선
3 : 쿨런트 스위치 4 : 라인
5 : 플로우 제어 유니트 6a, 6b : 밸브
7 : 극저온 유체 탱크 8 : 압축공기 탱크
9 : 터릿 10 : 공구
11 : 척 12 : 공작물
13 : 컴퓨터 수치 제어기

Claims (6)

  1. 압축공기가 저장되어 있는 압축공기 탱크와,
    극저온 유체가 저장되어 있는 극저온 유체 탱크와,
    상기한 압축공기 탱크에 연결되어 있는 압축공기 밸브와,
    상기한 극저온 유체 탱크에 연결되어 있는 극저온 유체 밸브와,
    컴퓨터 수치제어기에 설치되어 있는 쿨런트 스위치와.
    상기한 압축공기 밸브, 극저온 유체 밸브, 쿨런트 스위치에 연결되어 있는 플로우 제어 유니트와,
    상기한 플로우 제어 유니트에 연결되어 있는 라인에 설치되어 있는 밸브와,
    상기한 라인에 연결되어 있으며 공구의 주변에 설치되어 있는 이중 노즐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 라인의 끝에 설치되어 있는 열선을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기한 열선은 이중노즐의 뒤쪽으로 20cm 길이로 설치되는 것을 특징으로 하는 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기한 열선은 극저온 유체에 의하여 순간적으로 라인이 동결되어 관막힘 현상이 발생되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기한 이중노즐은,
    공구의 페이스면(윗면)에 극저온 유체가 분사되도록 하는 제1 노즐과,
    공구의 플랭크면(옆면)에 극저온 유체가 분사되도록 하는 제2 노즐을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기한 극저온 유체는 액체질소를 사용하는 것을 특징으로 하는 극저온 유체를 이용한 절삭 시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105583689A (zh) * 2016-03-03 2016-05-18 华中科技大学 一种适用于Inconel718切削加工的双喷头式液氮冷却系统
CN107627148A (zh) * 2017-10-25 2018-01-26 中国航发航空动力股份有限公司 一种压缩空气和液态氮混合冷却装置
CN107775441A (zh) * 2016-08-31 2018-03-09 漳州东刚精密机械有限公司 一种替代切削液的数控深度冷却系统
KR20210131808A (ko) 2020-04-24 2021-11-03 두산공작기계 주식회사 터렛 공구 냉각장치

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