KR20140079176A - 공작기계용 주축의 냉각장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

이 발명은, 동작초기에 지수형으로 변하는 베어링 온도에 맞추어 지수냉각을 하여 줌으로써 베어링의 과냉각 변위를 방지할 수 있는 공작기계용 주축의 냉각장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로서,
주축모터의 주변에 설치되는 온도센서와, 상기한 온도센서로부터 베어링의 온도를 모니터링하여 주축의 회전수(RPM)에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 제어하는 제어부와, 상기한 제어부의 제어에 따라 냉각유의 온도를 가변시키는 오일쿨러를 포함하여 이루어진다.

Description

공작기계용 주축의 냉각장치 및 그의 제어방법{Cooler for spindle bearing of machine tool and control method for the same}
이 발명은 공작기계용 주축의 냉각장치 및 그의 제어방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 동작초기에 지수형으로 변하는 베어링 온도에 맞추어 지수냉각을 하여 줌으로써 베어링의 과냉각 변위를 방지할 수 있는 공작기계용 주축의 냉각장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
각종의 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하든가 또는 반소재에 더욱 정밀한 가공을 할 목적으로 사용하는 기계를 공작기계라 한다. 상기한 공작기계중에서 가공과정에서 칩이 발생하는 공작기계를 절삭공작기계라고 하고, 가공과정에서 칩이 발생하지 않는 비절삭 공작기계를 금속가공기계라고 한다. 상기한 절삭공작기계에는 선반(lathe), 밀링기, 머시닝센터(machining center), 드릴링기, 보링기, 연삭기, 기어가공기, 특수가공기 등이 있으며, 상기한 금속성형기계에는 기계식 프레스, 유압식 프레스, 절단절곡기, 단조기, 인발기 등이 있다.
절삭공작기계는 주축을 회전시키면서 공구를 이용하여 가공물을 절삭하게 디는데, 주축이 회전되면서 베어링의 마찰로 인하여 열이 발생되기 때문에 오일쿨러를 이용하여 베어링을 냉각시킴으로써 열변위를 억제함과 동시에 소손을 방지하게 된다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래의 공작기계용 주축의 냉각장치는, 동작 초기에 지수형으로 변하는 베어링 온도를 고려하지 않고 항상 일정한 온도로 냉각하기 때문에 동작 초기에 베어링이 과냉각되어 과냉각 변위가 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동작초기에 지수형으로 변하는 베어링 온도에 맞추어 지수냉각을 하여 줌으로써 베어링의 과냉각 변위를 방지할 수 있는, 공작기계용 주축의 냉각장치 및 그의 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 장치의 구성은, 주축모터의 주변에 설치되는 온도센서와, 상기한 온도센서로부터 베어링의 온도를 모니터링하여 주축의 회전수(RPM)에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 제어하는 제어부와, 상기한 제어부의 제어에 따라 냉각유의 온도를 가변시키는 오일쿨러를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 제어부는, 공구가 연결되는 주축모터와, 테이블을 이송시키기 위한 이송축 모터를 구동하면서 온도센서로부터 베어링의 온도를 읽어들이는 PLC부와, 주축의 회전수(RPM)에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 제어하는 매크로부와, 데이터를 저장하기 위한 메모리부를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 제어부는, 주축의 회전수(RPM)가 변경된 경우에 베어링의 온도가 목표치가 될 때까지 주축의 회전수(RPM)에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 오일쿨러를 제어하면 바람직하다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 제어부는 다음의 수식을 이용하여 주축 RPM에 따라 냉각유의 온도(T)가 지수함수적으로 변하도록 오일쿨러를 제어하면 바람직하다.
Figure pat00001
여기서, Ko는 초기온도이고, Kt는 목표온도이고, τt는 시정수이다.
이 발명의 장치의 구성은, 상기한 목표온도(Kt)와 시정수(τt)는 주축 RPM에 따라 다음의 표 1과 같이 설정되면 바람직하다.
주축 RPM 목표온도(Kt) 시정수(τt)
2000 2 740
4000 3 1480
8000 7 2970
15000 12 5940
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 동작이 시작되면 주축의 회전수(RPM)가 변경되었는지를 판단하는 단계와, 주축의 회전수(RPM)가 변경된 경우에 주축의 회전수(RPM)에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 오일쿨러를 제어하는 단계와, 베어링의 온도를 감지하여 베어링의 온도가 목표치인지를 판단하는 단계와, 베어링의 온도가 목표치인 경우에 동작을 종료하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명은, 동작초기에 지수형으로 변하는 베어링 온도에 맞추어 지수냉각을 하여 줌으로써 베어링의 과냉각 변위를 방지할 수 있는, 효과를 갖는다.
도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축의 냉각장치의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축의 냉각장치의 제어방법의 동작 순서도이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축의 냉각장치의 주축 RPM에 따른 목표온도 및 시정수의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 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 제시된 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.
또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 일예로서, 방향에 관한 용어는 설명상의 편의를 위하여 도면상에 표현된 위치를 기준으로 설정하기로 한다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축의 냉각장치의 구성은, 주축모터(22)의 주변에 설치되는 온도센서(23)와, 상기한 온도센서(23)로부터 베어링의 온도를 모니터링하여 주축의 RPM에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 제어하는 제어부(10)와, 상기한 제어부(10)의 제어에 따라 냉각유의 온도를 가변시키는 오일쿨러(40)를 포함하여 이루어진다.
상기한 제어부(10)는, 공구(21)가 연결되는 주축모터(22)와, 테이블(32)을 이송시키기 위한 이송축 모터(31)를 구동하면서 온도센서(23)로부터 베어링의 온도를 읽어들이는 PLC부(11)와, 주축의 RPM에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 제어하는 매크로부(12)와, 데이터를 저장하기 위한 메모리부(13)를 포함하여 이루어진다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축의 냉각장치의 제어방법의 동작 순서도이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축의 냉각장치의 제어방법의 구성은, 동작이 시작되는 단계(S10)와, 주축 RPM이 변경되었는지를 판단하는 단계(S20)와, 주축 RPM이 변경된 경우에 주축 RPM에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 오일쿨러를 제어하는 단계(S30)와, 베어링의 온도를 감지하는 단계(S40)와, 베어링의 온도가 목표치인지를 판단하는 단계(S50)와, 베어링의 온도가 목표치인 경우에 동작을 종료하는 단계(S60)를 포함하여 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축의 냉각장치 및 그의 제어방법의 작용은 다음과 같다.
동작이 시작되면(S10), 제어부(10)의 PLC부(11)는, 공구(21)가 연결되는 주축모터(22)와, 테이블(32)을 이송시키기 위한 이송축 모터(31)를 구동하면서 주축 RPM에 대한 정보를 매크로부(12)에 전송하고, 매크로부(12)는 이를 이용하여 주축 RPM이 변경되었는지를 판단한다(S20).
주축 RPM이 변경된 경우에 제어부(10)의 매크로부(12)는 다음의 수학식 1을 이용하여 주축 RPM에 따라 냉각유의 온도(T)가 지수함수적으로 변하도록 오일쿨러를 제어한다(S30).
Figure pat00002
여기서, Ko는 초기온도이고, Kt는 목표온도이고, τt는 시정수이다.
상기한 목표온도(Kt)와 시정수(τt)는 주축 RPM에 따라 다음의 표 2와 같이 설정된다.
주축 RPM 목표온도(Kt) 시정수(τt)
2000 2 740
4000 3 1480
8000 7 2970
15000 12 5940
다음에, 제어부(10)의 PLC부(11)는 주축모터(22)의 주변에 설치되어 있는 온도센서(23)를 이용하여 베어링의 온도를 감지하여(S40), 베어링의 온도에 대한 정보를 매크로부(12)에 전송하고, 매크로부(12)는 이를 이용하여 베어링의 온도가 목표치인지를 판단한다(S50).
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 공작기계용 주축의 냉각장치의 주축 RPM에 따른 목표온도 및 시정수의 영향을 설명하기 위한 도면으로서 주축 RPM이 8000일때의 온도(T)가 8도 정도로 되고 주축 RPM이 15000일 때 온도(T)가 14도 정도로 각각 변하고 있는 모습을 보여준다.
제어부(10)의 매크로부(12)는 베어링의 온도가 목표치가 아닌 경우에 위의 과정(S30 ~ S50)을 반복수행하고, 베어링의 온도가 목표치인 경우에 동작을 종료한다(S60).
10 : 제어부 22 : 주축모터
23 : 온도센서 31 : 이송축모터
32 : 테이블 40 : 오일쿨러

Claims (6)

  1. 주축모터의 주변에 설치되는 온도센서와,
    상기한 온도센서로부터 베어링의 온도를 모니터링하여 주축의 회전수(RPM)에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 제어하는 제어부와,
    상기한 제어부의 제어에 따라 냉각유의 온도를 가변시키는 오일쿨러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축의 냉각장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 제어부는,
    공구가 연결되는 주축모터와,
    테이블을 이송시키기 위한 이송축 모터를 구동하면서 온도센서로부터 베어링의 온도를 읽어들이는 PLC부와,
    주축의 회전수(RPM)에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 제어하는 매크로부와,
    데이터를 저장하기 위한 메모리부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축의 냉각장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기한 제어부는, 주축의 회전수(RPM)가 변경된 경우에 베어링의 온도가 목표치가 될 때까지 주축의 회전수(RPM)에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 오일쿨러를 제어하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축의 냉각장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기한 제어부는 다음의 수식을 이용하여 주축 RPM에 따라 냉각유의 온도(T)가 지수함수적으로 변하도록 오일쿨러를 제어하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축의 냉각장치.
    Figure pat00003

    여기서, Ko는 초기온도이고, Kt는 목표온도이고, τt는 시정수이다.
  5. 제 4항에 있어서,
    주축 RPM이 2000일 경우에 상기한 목표온도(Kt)는 2로, 시정수(τt)는 740으로 설정되고,
    주축 RPM이 4000일 경우에 상기한 목표온도(Kt)는 3으로, 시정수(τt)는 1480으로 설정되고,
    주축 RPM이 8000일 경우에 상기한 목표온도(Kt)는 7로, 시정수(τt)는 2970으로 설정되고,
    주축 RPM이 15000일 경우에 상기한 목표온도(Kt)는 12로, 시정수(τt)는 5940으로 설정되는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축의 냉각장치.
  6. 동작이 시작되면 주축의 회전수(RPM)가 변경되었는지를 판단하는 단계와,
    주축의 회전수(RPM)에 따라 냉각유의 온도가 지수함수적으로 변하도록 오일쿨러를 제어하는 단계와,
    베어링의 온도를 감지하여 베어링의 온도가 목표치인지를 판단하는 단계와,
    베어링의 온도가 목표치인 경우에 동작을 종료하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계용 주축의 냉각장치의 제어방법.
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