KR20170109714A - 분사량제어부를 포함하는 절삭장치 및 절삭방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 분사량제어부를 포함하는 절삭장치는, 가공대상을 절삭하는 절삭공구, 상기 절삭공구에 의해 가공되는 영역에 극저온유체를 공급하는 유체분사부, 가공부하량을 실시간으로 산출하는 검출부 및 상기 검출부에 의해 산출된 가공부하량에 기초하여 극저온유체의 분사량을 제어하는 분사량제어부를 포함한다.

Description

분사량제어부를 포함하는 절삭장치 및 절삭방법{Cutting Apparatus Haing Injection Quantity Contol Part and Cutting Method}

본 발명은 가공대상을 절삭하는 절삭장치 및 절삭방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산출된 가공부하량에 기초하여 극저온유체의 분사량을 제어하는 분사량제어부를 포함하는 절삭장치 및 절삭방법에 관한 것이다.

공작기계를 이용한 절삭가공은 다양한 절삭공구를 이용하게 되며, 그 종류에 따라 평삭가공, 측면가공, 구멍가공, 나사가공 등으로 분류될 수 있다.

그리고 이와 같은 절삭가공에 사용되는 절삭공구는, 절삭가공 시에 1000~1500℃의 높은 온도가 발생하므로, 이를 냉각시키기 위하여 절삭유를 사용하게 된다.

다만, 종래의 경우 절삭유의 분사는 가공 상황에 관계 없이 일정하게 이루어지게 되며, 따라서 고열이 발생하지 않는 상황에서는 가공 영역이 불필요하게 과냉각되는 문제가 있었다.

이는 가공 품질을 크게 저하시키는 원인이 됨은 물론이며, 재료의 낭비가 심하게 발생되는 문제도 있다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 가공부하에 따라 냉각유체의 분사량을 제어할 수 있도록 하여 가공품질을 향상시키고, 공구의 마모를 최소화하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 분사량제어부를 포함하는 절삭장치는, 가공대상을 절삭하는 절삭공구, 상기 절삭공구에 의해 가공되는 영역에 극저온유체를 공급하는 유체분사부, 가공부하량을 실시간으로 산출하는 검출부 및 상기 검출부에 의해 산출된 가공부하량에 기초하여 극저온유체의 분사량을 제어하는 분사량제어부를 포함한다.

그리고 상기 검출부는, 상기 가공부하량을 소재 제거율에 기반하여 산출할 수 있다.

또한 상기 분사량제어부는, 상기 가공부하량에 대응되도록 상기 유체분사부의 분사량을 실시간으로 제어할 수 있다.

그리고 상기 분사량제어부는, 상기 가공부하량이 제1기준값 이하인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 감소시키며, 상기 가공부하량이 상기 제1기준값보다 높은 제2기준값 초과인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 증가시킬 수 있다.

또한 상기 분사량제어부는, 상기 가공부하량이 상기 제1기준값 이하인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 제1분사량으로 제어하며, 상기 가공부하량이 상기 제1기준값 초과이며, 상기 제2기준값 이하인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 제2분사량으로 제어하고, 상기 가공부하량이 상기 제2기준값 초과인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 제3분사량으로 제어할 수 있다.

그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 절삭방법은, 가공대상을 절삭하는 단계, 절삭과정에서 가공되는 영역에 극저온유체를 공급하는 단계 및 가공부하량를 실시간으로 산출하고, 산출된 소재제거율에 기초하여 극저온유체의 분사량을 제어하는 단계를 포함한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 분사량제어부를 포함하는 절삭장치 및 절삭방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 분사량제어부에 의해 가공부하량에 따라 극저온 유체의 분사량을 제어할 수 있으므로, 가공 품질을 향상시키고 공구의 마모를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 절삭 공구, 인서트 및 팁의 수명에 의해 제한받는 가공 재료의 절삭 속력과 생산성을 보다 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

셋째, 종래의 가공방법에 비해 가공 품질을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치에 있어서, 유체분사부를 통해 극저온유체를 절삭공구 측에 분사하는 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치의 구성요소 간 관계를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치에 있어서, 검출부를 통해 소재 제거율을 실시간으로 산출한 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치에 있어서, 소재 제거율을 기반으로 유체분사부의 분사량을 제어하는 첫 번째 방법을 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치에 있어서, 소재 제거율을 기반으로 유체분사부의 분사량을 제어하는 두 번째 방법을 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치의 모습을 나타낸 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치에 있어서, 유체분사부(100)를 통해 극저온유체를 절삭공구(M) 측에 분사하는 모습을 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가공장치는 가공대상을 절삭하는 절삭공구(M)와, 상기 절삭공구(M)에 의해 가공되는 영역에 극저온유체를 공급하는 유체분사부(100)와, 가공부하량을 실시간으로 산출하는 검출부(미도시)와, 상기 검출부에 의해 산출된 가공부하량에 기초하여 극저온유체의 분사량을 제어하는 분사량제어부(미도시)를 포함한다.

그리고 본 실시예에서 상기 가공장치는 극저온유체의 분사를 위한 다른 구성요소들로서, 제1수용탱크(10)와, 제2수용탱크(40)와, 분사호스(50)와, 혼합부(30)와, 냉각부(20)를 더 포함할 수 있다.

제1수용탱크(10) 및 상기 제2수용탱크(40)에는 각각 소정의 유체가 수용된다. 본 실시예의 경우, 상기 제1수용탱크에는 제1극저온유체가 수용되며, 상기 제2수용탱크에는 제2극저온유체가 수용되는 것으로 하였다.

상기 냉각부(20)는 상기 제1극저온유체 및 상기 제2극저온유체를 극저온으로 냉각시킬 수 있도록 하는 구성요소이며, 상기 혼합부(30)는 상기 제1극저온유체 및 상기 제2극저온유체를 혼합하는 구성요소이다.

이에 따라 혼합된 상기 제1극저온유체 및 상기 제2극저온유체는 분사호스(50)를 통해 유동되어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 유체분사부(100)를 통해 절삭공구(M)에 의해 가공되는 가공영역(T)에 분사될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 핵심 사항인 유체분사부(100)와, 검출부(110) 및 분사량제어부(120)의 구동에 대해 자세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치의 구성요소 간 관계를 나타낸 도면이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 유체분사부(100)가 극저온유체를 가공대상(T)에 분사하게 되며, 이때 검출부(110)는 가공부하량을 실시간으로 산출하게 된다.

상기 가공부하량이라 함은 절삭공구(M)에 인가되는 부하량을 말하는 것으로, 가공대상(T)의 가공량과 직결된다. 그리고 본 실시예의 경우, 상기 가공부하량을 소재 제거율(MRR, Material Removal Rate)에 기반하여 산출하는 것으로 하였다.

상기 소재 제거율은 상기 가공대상(T)을 구성하는 재료의 절삭량을 말하는 것으로, 소재의 절삭량이 증가한다는 것은 곧 절삭공구(M)에 고부하가 인가된다는 것이며, 따라서 높은 온도의 열이 발생하게 될 것이다.

따라서 상기 분사량제어부(120)는 상기 검출부(110)가 산출한 가공대상(T)의 소재 제거율에 기초하여 상기 유체분사부(100)의 분사량을 제어하게 된다.

즉 본 발명에 따른 절삭방법은, 가공대상을 절삭하는 단계와, 절삭과정에서 가공되는 영역에 극저온유체를 공급하는 단계와, 가공부하량를 실시간으로 산출하고, 산출된 소재제거율에 기초하여 극저온유체의 분사량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

이하에서는, 소재 제거율에 기초하여 극저온유체의 분사량을 제어하는 구체적인 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치에 있어서, 검출부를 통해 소재 제거율을 실시간으로 산출한 모습을 나타낸 도면이다.

그리고 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치에 있어서, 소재 제거율을 기반으로 유체분사부의 분사량을 제어하는 첫 번째 방법을 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가공장치에 있어서, 소재 제거율을 기반으로 유체분사부의 분사량을 제어하는 두 번째 방법을 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 가공 상황에 따라 소재 제거율은 실시간으로 변화하게 된다.

이를 기반으로 하여 유체분사부의 분사량을 제어하는 첫 번째 방법으로는, 도 5와 같이 유체분사부의 분사량을 산출된 소재 제거율에 대응되도록 실시간으로 제어하는 방법이 사용될 수 있다.

즉 소재 제거율이 연속적으로 변하는 것과 대응하여, 상기 유체분사부의 분사량 역시 동일한 패턴으로 제어할 수 있는 것이다. 이와 같은 경우 낭비 없이 극저온유체를 정확하게 필요한 양만큼 공급할 수 있는 장점이 있다.

다만, 이는 제어에 다소 난이도가 있으므로, 다음과 같은 두 번째 방법으로 유체분사부의 분사량을 제어할 수도 있다.

두 번째 방법으로는, 기준값에 따라 유체분사부의 분사량을 제어하는 방법이 사용될 수 있다.

구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이 소재 제거율이 제1기준값(m₁) 이하인 경우, 상기 유체분사부의 분사량을 감소시키며, 상기 소재 제거율이 상기 제1기준값(m₁)보다 높은 제2기준값(m₂) 초과인 경우, 상기 유체분사부의 분사량을 증가시키는 것이다.

도 4의 그래프를 살펴보면, 소재 제거율은 제1기준값(m₁) 및 제2기준값(m₂) 기준에 따라 여러 시점으로 분할될 수 있다.

즉 소재 제거율이 제1기준값(m₁) 이하인 경우, 제1기준값(m₁) 초과 제2기준값(m₂) 이하인 경우, 제2기준값(m2) 초과인 경우를 기준으로 시점을 분할할 수 있으며, 그래프 상에서는 총 5개의 시점(T₁, T₂, T₃, T₄, T₅)로 나눌 수 있다.

따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 극저온유체의 제어량은 총 3단계로 제어될 수 있다.

자세히 설명하면, 상기 가공부하량이 상기 제1기준값(m₁) 이하인 경우 상기 유체분사부의 분사량은 제1분사량(S₁)으로 제어될 수 있으며, 상기 가공부하량이 상기 제1기준값(m₁) 초과 상기 제2기준값(m₂) 이하인 경우 상기 유체분사부의 분사량은 제2분사량(S₂)으로 제어될 수 있다.

그리고 상기 가공부하량이 상기 제2기준값(m₂) 초과인 경우 상기 유체분사부의 분사량은 제3분사량(S₃)으로 제어될 수 있다.

이와 같이, 소정 기준값을 기준으로 하여 분사량을 구간 별로 제어하는 방법은 제어가 용이하므로 편리하게 사용될 수 있다.

또한 본 실시예의 경우 기준값을 2개로 정해 분사량을 제어하였으나, 이와 달리 기준값은 3개 이상일 수도 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 유체분사부 110: 검출부
120: 분사량제어부 M: 절삭공구
T: 가공대상

Claims (6)

1. 가공대상을 절삭하는 절삭공구;
   상기 절삭공구에 의해 가공되는 영역에 극저온유체를 공급하는 유체분사부;
   가공부하량을 실시간으로 산출하는 검출부; 및
   상기 검출부에 의해 산출된 가공부하량에 기초하여 극저온유체의 분사량을 제어하는 분사량제어부;
   를 포함하는 절삭장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 검출부는,
   상기 가공부하량을 소재 제거율에 기반하여 산출하는 절삭장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 분사량제어부는,
   상기 가공부하량에 대응되도록 상기 유체분사부의 분사량을 실시간으로 제어하는 절삭장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 분사량제어부는,
   상기 가공부하량이 제1기준값 이하인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 감소시키며, 상기 가공부하량이 상기 제1기준값보다 높은 제2기준값 초과인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 증가시키는 절삭장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 분사량제어부는,
   상기 가공부하량이 상기 제1기준값 이하인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 제1분사량으로 제어하며,
   상기 가공부하량이 상기 제1기준값 초과이며, 상기 제2기준값 이하인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 제2분사량으로 제어하고,
   상기 가공부하량이 상기 제2기준값 초과인 경우 상기 유체분사부의 분사량을 제3분사량으로 제어하는 절삭장치.
6. 가공대상을 절삭하는 단계;
   절삭과정에서 가공되는 영역에 극저온유체를 공급하는 단계; 및
   가공부하량를 실시간으로 산출하고, 산출된 소재제거율에 기초하여 극저온유체의 분사량을 제어하는 단계;
   를 포함하는 절삭방법.

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