KR20240068081A - 공작 기계용 에어 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작 기계용 에어 공급 장치에 관한 것으로서, 공작 기계의 구동시 퍼지 공기를 공급하고, 공작 기계의 정지시 퍼지 공기의 공급을 차단함에 따라 불필요한 에너지 소모를 방지하는 공작 기계용 에어 공급 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 공작 기계용 에어 공급 장치는 공작 기계와 배관을 통해 연결되는 컴프레서가 구비되어, 상기 공작 기계에 퍼지 공기를 공급하는 공작 기계용 에어 공급 장치에 있어서, 상기 배관에 설치되어 상기 배관을 개폐하며 상기 퍼지 공기를 상기 공작 기계에 공급하거나 공급 차단하는 밸브, 상기 공작 기계와 밸브를 제어하고, 상기 공작 기계를 구동시킬 때 상기 밸브를 개방시키며 상기 공작 기계를 정지시킬 때 상기 밸브를 폐쇄시키도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

공작 기계용 에어 공급 장치 {Air supplying Apparatus for NC machine}

본 발명은 공작 기계용 에어 공급 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공작 기계의 구동시 퍼지 공기를 공급하고, 공작 기계의 정지시 퍼지 공기의 공급을 차단함에 따라 불필요한 에너지 소모를 방지할 수 있는 공작 기계용 에어 공급 장치에 관한 것이다.

공작 기계에는 터닝센터, 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신 등을 비롯하여 다양한 종류가 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

머시닝 센터는 다양한 종류의 절삭 가공을 단일의 기계에서 자동적으로 수행하는 수치 제어 공작 기계로서, 일반적으로 공구 자동 교환 기능과 피가공물의 2개면 이상을 자동적으로 가공 및 분할할 수 있는 기능을 갖고 있다. 이러한 머시닝 센터는 자동 공구 교환 장치(automatic tool changer), 공구 매거진, 자동 가공물 교환 장치(automatic loader)를 포함한다.

이와 같은 공작 기계는 회전력을 받아 회전하는 주축(스핀들)에 공구(tool)가 장착되며, 회전하는 공구에 의하여 피가공물이 가공(절삭 등)된다. 이때, 공구를 보호하고 절삭력을 높이기 위해 절삭유가 절삭 부위에 공급되고, 이에 따라 주축의 전단부가 절삭유에 노출된다.

한편, 공작 기계의 주축과 하우징 사이에 장착되어 주축의 원활한 회전을 유도하는 주축 베어링에는 일반적으로 윤활유(그리스)가 도포되며, 외부에서 유입된 절삭유가 윤활유와 접촉되면 윤활유가 녹아버리면서 주축 베어링은 그 기능을 수행할 수 없게 된다.

이러한 이유로, 주축과 주축을 감싸는 하우징과의 틈새로 절삭유 또는 이물질이 유입되는 것을 방지하여 주축 베어링을 보호하기 위한 구조가 요구된다.

도 1은 종래의 절삭유 유입 방지 구조를 설명하기 위한 단면도이며, 개략적으로 비회전 부재인 하우징(1), 하우징(1) 내에서 구동부에 의하여 회전하는 주축(2) 및 주축(2)과 하우징(1) 사이에 배치된 다수의 주축 베어링(3)을 도시하고 있다.

비회전 부재인 하우징(1)과 주축(2) 사이에는 미세한 틈새가 형성되며, 외부의 이물질은 틈새 내로 유입(화살표 a)된다. 또한, 가공 시 피가공물의 절삭 부위로 공급된 절삭유는 주축(2)의 선단부 외주면과 하우징(1)의 내주면 사이에 존재하는 간격을 통하여 유입(화살표 b)된다. 이와 같이 유입된 절삭유와 이물질은 하우징(1)과 주축(2) 사이에 배치된 주축 베어링(3)으로 유동하게 된다.

따라서, 상기 주축 베어링(3)을 보호하기 위해 에어퍼지(Air Purge) 및 에어커튼의 구조가 형성될 수 있다.

하우징(1)에는 공작 기계가 설치되는 공장 내부에 설치된 퍼지 공기 탱크(purge air tank;미도시) 또는 대형 컴프레서에 연결되는 공기 유로(4)가 형성되며, 이 공기 유로(4)의 종단은 주축(2)의 선단부에 대응한다. 퍼지 공기 탱크에서 공급된 퍼지 공기는 공기 유로(4)를 통하여 유동한 후, 공기 유로(4)의 종단을 통하여 소정의 압력으로 분사된다.

소정 압력으로 분사된 퍼지 공기는 하우징(1)과 주축(2) 사이로 분사된 후, 하우징(1)의 외부로 방출(화살표c)된다. 따라서 하우징(1)의 내주면과 주축(2)의 외주면 사이의 틈새로 유입된 이물질과 절삭유는 방출되는 퍼지 공기와 함께 외부로 배출됨으로써 주축 베어링(3)으로의 유입이 차단된다.

한편, 하우징(1)과 주축(2) 사이로 분사된 퍼지 공기의 일부는 주축(2)의 원주면으로 이동하며, 주축(2)의 원주면의 형상에 의하여 퍼지 공기는 에어 커튼을 형성하게 된다.

그런데, 공작 기계는 포함되는 각각의 장비의 틈새로 절삭유 또는 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해 대형 컴프레서가 상시 작동하여 에너지를 낭비하게 되는 문제점이 있었다.

즉, 공작 기계는 대형 컴프레서와 연결된 하나의 배관을 통해 퍼지 공기를 일괄 공급받고 일괄 공급받은 퍼지 공기를 공작 기계에 포함되는 각각의 장비로 배분하여 사용함에 따라, 공작 기계가 작동하지 않거나 퍼지 공기의 분출이 필요 없는 경우에도 퍼지 공기가 상시 분출되며 소모되는 것이다. 특히, 퍼지 공기를 상시 분출하기 위해 대형 컴프레서가 상시 작동함에 따라 전력이 과다하게 소요되어 에너지를 낭비하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 구조의 공작 기계용 에어 공급 및 제어 유니트가 요구되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공작 기계의 구동시 퍼지 공기를 공급하고, 공작 기계의 정지시 퍼지 공기의 공급을 차단함에 따라 불필요한 에너지 소모를 방지하는 공작 기계용 에어 공급 장치를 제공하는 것이다.

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

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계용 에어 공급 장치는 공작 기계와 배관을 통해 연결되는 컴프레서가 구비되어, 상기 공작 기계에 퍼지 공기를 공급하는 공작 기계용 에어 공급 장치에 있어서, 상기 배관에 설치되어 상기 배관을 개폐하며 상기 퍼지 공기를 상기 공작 기계에 공급하거나 공급 차단하는 밸브, 상기 공작 기계와 밸브를 제어하고, 상기 공작 기계를 구동시킬 때 상기 밸브를 개방시키며 상기 공작 기계를 정지시킬 때 상기 밸브를 폐쇄시키도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

이러한 상기 제어부는, 상기 공작 기계를 정지시키고 소정시간 경과 후에 상기 밸브를 폐쇄시키도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 공작 기계가 정지된 상태에서 절삭유가 분사되는 절삭유 분사 신호가 입력되면 상기 밸브를 개방시키도록 제어할 수 있다.

그리고, 상기 제어부는, 상기 공작 기계가 정지되고 상기 밸브가 폐쇄된 상태에서, 상기 공작 기계에 포함되는 에어 실린더 장치를 사용하기 위한 에어 실린더 장치 조작 신호가 입력되면 상기 밸브를 개방시키도록 제어할 수 있다.

또한, 공작 기계용 에어 공급 장치는 상기 배관의 상기 공작 기계와 연결되는 단부에 설치되어 상기 퍼지 공기의 공급상태를 확인하여 상기 제어부에 신호를 송신하는 센서부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부에 따라 상기 밸브가 개방된 상태에서 상기 공작 기계에 상기 퍼지 공기가 공급되지 않는 것으로 감지되는 경우 경고 신호를 출력할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 공작 기계용 에어 공급 장치에 따르면 공작 기계의 구동시 퍼지 공기를 공급하고, 공작 기계의 정지시 퍼지 공기의 공급을 차단함에 따라 불필요한 에너지 소모를 방지하는 효과가 있다.

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

도 1은 종래의 절삭유 유입 방지 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계용 에어 공급 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계용 에어 공급 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계용 에어 공급 장치의 제어 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계용 에어 공급 장치의 개략도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계용 에어 공급 장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계용 에어 공급 장치의 제어 흐름도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 공작 기계용 에어 공급 장치는 공작 기계(20)와 배관(30)을 통해 연결되는 컴프레서(10)가 구비되어, 공작 기계(20)에 퍼지 공기를 공급하는 공작 기계용 에어 공급 장치에 있어서, 배관(30)에 설치되어 배관(30)을 개폐하며 퍼지 공기를 공작 기계(20)에 공급하거나 공급 차단하는 밸브(40), 공작 기계(20)와 밸브(40)를 제어하고, 공작 기계(20)를 구동시킬 때 밸브(40)를 개방시키며, 공작 기계(20)를 정지시킬 때 밸브(40)를 폐쇄시키도록 제어하는 제어부(50)를 포함할 수 있다.

본 발명의 공작 기계용 에어 공급 장치는 공작 기계(20)와 컴프레서(10) 사이의 배관(30)에 밸브(40)를 설치하여 종래에 퍼지 공기의 상시 공급으로 인한 퍼지 공기의 소모를 방지하고 컴프레서(10)의 상시 구동을 위한 전력 소비를 방지한다.

컴프레서(10)는 공작 기계(20)가 사용되는 작업 현장에 설치되어 공용으로 사용되는 대형 컴프레서(10)일 수 있으며, 공작 기계(20)와 배관(30)을 통해 연결되어 퍼지 공기를 공급할 수 있다.

공작 기계(20)는 적어도 하나의 스핀들 장치(21)와 적어도 하나의 에어 실린더 장치(22)를 포함할 수 있으며, 스핀들 장치(21)와 에어 실린더 장치(22) 외에도 다른 장비를 포함할 수 있다.

스핀들 장치(21)는 하우징과, 하우징에 대해 회전하도록 마련되는 주축과, 하우징과 주축 사이에서 주축의 회전을 지지하는 베어링을 포함할 수 있고, 하우징과 주축 사이에 퍼지 공기가 공급되는 공기 유로가 형성될 수 있다.

이러한 스핀들 장치(21)는 하우징과 주축 사이의 틈새로 절삭유 또는 외부의 이물질이 유입될 수 있기 때문에 베어링을 보호해야 하므로 에어퍼지 또는 에어커튼 구조를 형성하기 위해 퍼지 공기를 공급받는다.

에어 실린더 장치(22)는 피스톤 운동을 위해 퍼지 공기를 공급받는다.

밸브(40)는 배관(30)에 설치되어 배관(30)을 개폐하며, 퍼지 공기를 공작 기계(20)에 공급하거나 공급 차단하도록 설치될 수 있다. 일예로, 밸브(40)는 솔레노이드 밸브일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

이러한 밸브(40)는 배관(30)의 공작 기계(20)와 연결되는 단부에 설치될 수 있으며, 퍼지 공기가 공작 기계(20)에 공급될 수 있도록 개방되거나 퍼지 공기가 공작 기계(20)에 공급되지 못하도록 폐쇄될 수 있다.

제어부(50)는 공작 기계(20), 공작 기계(20)에 포함되는 스핀들 장치(21)와 에어 실린더 장치(22), 밸브(40)를 제어할 수 있으며, 공작 기계(20)를 구동시킬 때 밸브(40)를 개방시켜 퍼지 공기를 공급하며 공작 기계(20)를 정지시킬 때 밸브(40)를 폐쇄시켜 퍼지 공기의 공급을 중단하도록 제어할 수 있다.

이와 같이 제어부(50)는 공작 기계(20)가 구동할 때에만 밸브(40)를 개방하여 퍼지 공기를 공급하도록 제어하며, 공작 기계(20)가 정지된 상태에서는 밸브(40)를 폐쇄하여 퍼지 공기의 공급을 중단할 수 있다.

이때, 공작 기계(20)로 분사되는 절삭유는 공구의 수명을 연장하며 다듬질면을 깨끗이 하기 위해 사용되는 것으로 윤활 기능을 제공하기 위해 점도가 있으며, 공작 기계(20)의 가공 공법에 따라 공작 기계(20)에 적절한 절삭유가 분사될 수 있다.

이처럼 점도가 있는 절삭유는 공작 기계(20)에 분사될 경우 공작 기계(20)가 정지된 후에도 공작 기계(20)에 남아 있을수 있으며 남아 있던 절삭유가 공작 기계(20)로 유입될 수 있어서, 공작 기계(20)가 정지되더라도 밸브(40)는 개방된 상태로 소정시간을 유지한 후 폐쇄되도록 제어될 수 있다.

즉, 제어부(50)는 공작 기계(20)를 정지시키고 소정시간 경과 후에 밸브(40)를 폐쇄시키도록 제어하여 공작 기계(20)에 남아있는 절삭유가 공작 기계(20)로 유입되는 것일 방지할 수 있다. 여기서, 소정시간은 절삭유의 점도에 따라 설정될 수 있으며 대략 30초 이상 1분 이하일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 퍼지 공기는 공작 기계(20)에 남아있는 절삭유가 모두 제거될 때까지 공작 기계(20)에 공급되는 것이 바람직하다.

또는, 제어부(50)는 공작 기계(20)를 구동시키기 전에 공작 기계(20)가 정지된 상태에서 소정시간 동안 밸브(40)를 개방하여 퍼지 공기를 공급하여 공작 기계(20)에 남아있는 절삭유를 제거하거나 먼지 또는 이물질을 제거할 수 있으며, 밸브(40)를 먼저 개방하여 퍼지 공기를 공급한 후 소정시간 경과 후에 공작 기계(20)를 구동시킬 수도 있다.

또한, 제어부(50)는 공작 기계(20)가 정지된 상태에서 절삭유가 분사되는 경우에 절삭유 분사 신호가 입력되고, 절삭유 분사 신호가 입력되면 밸브(40)를 개방시키도록 제어하여 공작 기계(20)에 퍼지 공기가 공급되도록 한다.

이러한 절삭유 분사 신호는 절삭유 공급 장치의 구동시 제어부(50)에 입력될 수 있으며, 일예로, 공작 기계(20)를 구동하기 전에 절삭유 공급 장치가 원하는 위치에 원하는 방향으로 절삭유를 공급하는지 확인하기 위해 공작 기계(20)를 정지시킨 상태에서 절삭유 공급 장치를 구동할 수 있으며 이 경우에 절삭유 분사 신호가 제어부(50)에 입력될 수 있다.

또한, 제어부(50)는 공작 기계(20)가 정지되고 밸브(40)가 폐쇄된 상태에서, 공작 기계(20)에 포함되는 에어 실린더 장치(22)를 사용하기 위해 에어 실린더 장치(22) 조작 신호가 입력되면 밸브(40)를 개방시키도록 제어하여 공작 기계(20)에 퍼지 공기가 공급되도록 한다.

에어 실린더 장치(22)는 퍼지 공기가 공급되어야 작동할 수 있기 때문에 공작 기계(20)는 정지한 상태에서 에어 실린더 장치(22)만을 별도로 사용하는 경우, 제어부(50)는 밸브(40)를 개방시키도록 제어하여 공작 기계(20)에 퍼지 공기가 공급되도록 하며, 퍼지 공기가 에어 실린더 장치(22)로 공급되도록 한다.

이때, 에어 실린더 장치(22)는 작업자가 전원을 켜거나, 별도로 설치된 온 버튼을 누를 시에 에어 실린더 장치(22) 조작 신호를 생성하여 제어부(50)로 송신할 수 있다.

한편, 본 발명의 공작 기계용 에어 공급 장치는 퍼지 공기가 공작 기계(20)에 공급되고 있는지 확인하기 위해 배관(30)에 설치되는 센서부(60)를 더 포함할 수 있다.

센서부(60)는 배관(30)의 공작 기계(20)와 연결되는 단부에 설치될 수 있으며 퍼지 공기의 공급상태를 감지하여 제어부(50)에 신호를 송신할 수 있다.

제어부(50)는 센서부(60)에 따라 밸브(40)가 개방된 상태에서 공작 기계(20)에 퍼지 공기가 공급되지 않는 것으로 감지되는 경우 경고 신호를 출력하여 작업자 또는 관리자에게 위험 경고를 한다.

반대로, 제어부(50)는 센서부(60)에 따라 밸브(40)가 폐쇄된 상태에서 공작 기계(20)에 퍼지 공기가 공급되는 것으로 감지되는 경우 경고 신호를 출력할 수도 있다.

이러한 경고 신호는 경고음 형태로 출력되거나 별도로 설치된 LED를 깜박이도록 출력될 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

10: 컴프레서
20: 공작 기계
21: 스핀들 장치
22: 에어 실린더 장치
30: 배관
40: 밸브
50: 제어부
60: 센서부

Claims (5)

1. 공작 기계와 배관을 통해 연결되는 컴프레서가 구비되어, 상기 공작 기계에 퍼지 공기를 공급하는 공작 기계용 에어 공급 장치에 있어서,
   상기 배관에 설치되어 상기 배관을 개폐하며 상기 퍼지 공기를 상기 공작 기계에 공급하거나 공급 차단하는 밸브; 및
   상기 공작 기계와 밸브를 제어하고, 상기 공작 기계를 구동시킬 때 상기 밸브를 개방시키며, 상기 공작 기계를 정지시킬 때 상기 밸브를 폐쇄시키도록 제어하는 제어부;
   를 포함하는 공작 기계용 에어 공급 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 공작 기계를 정지시키고 소정시간 경과 후에 상기 밸브를 폐쇄시키도록 제어하는 공작 기계용 에어 공급 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 공작 기계가 정지된 상태에서 절삭유가 분사되는 절삭유 분사 신호가 입력되면 상기 밸브를 개방시키도록 제어하는 공작 기계용 에어 공급 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 공작 기계가 정지되고 상기 밸브가 폐쇄된 상태에서, 상기 공작 기계에 포함되는 에어 실린더 장치를 사용하기 위한 에어 실린더 장치 조작 신호가 입력되면 상기 밸브를 개방시키도록 제어하는 공작 기계용 에어 공급 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 배관의 상기 공작 기계와 연결되는 단부에 설치되어 상기 퍼지 공기의 공급상태를 확인하여 상기 제어부에 신호를 송신하는 센서부;를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 센서부에 따라 상기 밸브가 개방된 상태에서 상기 공작 기계에 상기 퍼지 공기가 공급되지 않는 것으로 감지되는 경우 경고 신호를 출력하는 공작 기계용 에어 공급 장치.