KR101536208B1 - 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치 및 그 공급방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건드릴 가공에서 심공가공시 발생되는 칩을 외부로 신속하게 배출하도록 절삭유의 공급압력을 승압 또는 순간적인 승압맥동압력으로 공급할 수 있는 건드릴 가공에서의 칩 막힙 방지용 절삭유 공급장치 및 그 공급방법에 관한 것이다.
본 발명은 건드릴 가공에서 심공가공시 생성되는 칩 배출이 원활하도록 칩 막힘을 방지하기 위한 건드릴 가공에서의 칩막힘 방지용 절삭유 공급장치로서, 절삭유 공급통로에 접속된 절삭유 공급라인과, 이 절삭유 공급라인에 설치되어 절삭유 저장조 내에 저장된 절삭유를 펌핑하는 공급펌프와, 상기 절삭유 공급통로의 내부압력을 검출하는 압력센서와, 이 압력센서에 의해 절삭유 공급통로의 내부압력이 기준치보다 소정비율만큼 높은 설정치를 초과할 때 절삭유 공급라인을 통과하는 절삭유의 공급압력을 승압 내지 순간적인 승압맥동압력을 주어 공급하도록 하는 승압유닛과, 상기 압력센서 및 승압유닛이 전기적으로 접속되어 승압유닛의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치 및 그 공급방법{METHOD AND APPARATUS OF SUPPLYING CUTTING FLUIDS FOR PREVENTING CLOGGED CHIPS DURING GUN-DRILLING}

본 발명은 건드릴머신의 절삭유 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건드릴에 의한 심공가공시 발생되는 칩을 외부로 신속하게 배출하도록 절삭유의 공급압력을 변환시켜 공급할 수 있는 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치 및 그 공급방법에 관한 것이다.

공작기계 중에서 건드릴머신은 구멍의 직경에 대한 깊이의 비율이 크고 깊은 구멍가공 즉, 심공가공(deep hole drilling)에 이용되고 있으며, 이러한 건드릴머신은 건드릴로 소재에 심공(deep hole)을 가공하는 기계이다.

이러한 건드릴머신을 이용하여 금형 등과 같은 대형 소재에 심공을 가공할 때, 생산성향상을 위해서는 최적의 가공조건이 이루어져야 된다. 이러한 최적의 가공조건을 저해하는 요인으로는, 가공소재의 재질문제, 드릴의 회전 및 가공속도, 절삭유 공급문제, 칩 배출 문제 등이 있다.

이러한 가공조건의 저해요인 중 가공소재의 재질문제는 내부조직(즉, 재질)이 불균일하면 드릴로 가공할 때 국부적으로 드릴에 충격하중이 전달되어 드릴 선단이 절단될 수 있고, 드릴의 가공속도문제로 드릴가공 중에 과부하가 걸리면 이송속도 및 회전수를 줄여 과부하를 해소시키는 것이 전부이며, 또한 직경이 작은 건드릴로 심공가공시 건드릴에 의해 생성되는 칩의 양이 많아지면 칩 배출이 잘 이루어지지 않아 원활한 심공가공에 악영향을 주었다.

예컨대, 직경이 작고 길이가 긴 심공을 건드릴로 가공시, 칩이 배출되는 칩배출홈(flute)의 공간이 좁아지게 될 뿐만 아니라 가공거리(길이)도 길어져서 다량의 칩이 좁은 공간에 생성된다. 이러한 다량의 칩은 심공가공 중 순식간에 칩 막힘 현상이 발생되어 기존에 설정된 절삭유 공급압력에 의해서는 칩배출이 불가능하게 된다. 이러한 현상이 발생되면 건드릴 공구에 급격한 과부하가 걸려서 건드릴의 팁(tip) 또는 몸통부(shank)가 파손 내지 절단되는 폐단이 발생될 수 있고, 이러한 폐단으로 인하여 생산성 및 가공정밀도가 극히 저하되게 된다는 단점이 있었다.

위와 같은 칩 배출의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 선행기술문헌의 특허문헌에 제시한 국내 등록특허 제10-0580884호가 있다. 상기 특허문헌에는 절삭유와 에어를 선택적으로 이용하여 가공영역에 절삭유의 원활한 공급을 꾀하고 절삭된 칩을 제거하여 클리닝할 수 있는 구조이다.

상기 선행기술문헌의 특허문헌은 절삭유 및 에어를 선택적으로 공급하여 절삭가공 중에도 고압 에어를 분사하여 절삭된 칩을 제거할 수 있지만, 절삭유 공급라인 이외에 에어공급경로, 압축공기를 발생하는 압축기, 제1 및 제2 밸브를 제어하는 제어밸브 등과 같이 부수적인 구성요소가 많이 소요되므로 그 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 그 설치가 매우 어려운 단점이 있었다.

KR 10-0580884 B1 (2006.05.10.등록)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 단점을 해결하기 위하여 연구개발한 것으로, 그 목적은 건드릴에 의한 심공가공시 발성되는 칩이 건드릴의 칩배출홈을 통해 원활하게 배출되지 못함에 따른 칩 막힘 현상으로 인하여 절삭유 공급통로의 내부압력이 설정치 보다 높아질 때 절삭유의 공급압력을 순간적인 승압 내지 맥동압력 또는 승압맥동압력을 주면서 공급함으로써 칩 배출의 원활함을 꾀하여 칩 막힘 현상을 미연에 원천적으로 방지함은 물론 절삭유의 공급효율을 높일 수 있으며, 이로 인하여 절삭유에 의한 냉각 및 윤활기능을 향상시키고 절삭공구인 건드릴의 파손을 방지함과 더불어 가공정밀도 및 생산성을 높일 수 있도록 한 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치 및 그 공급방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징들을 열거한다.

본 발명의 특징은 건드릴 가공에서 심공가공시 생성되는 칩 배출이 원활하도록 칩 막힘을 방지하기 위한 건드릴 가공에서의 칩막힘 방지용 절삭유 공급장치로서, 절삭유 공급통로에 접속된 절삭유 공급라인과, 이 절삭유 공급라인에 설치되어 절삭유 저장조 내에 저장된 절삭유를 펌핑하는 공급펌프와, 상기 절삭유 공급통로의 내부압력을 검출하는 압력센서와, 이 압력센서에 의해 절삭유 공급통로의 내부압력이 기준치보다 소정비율만큼 높은 설정치를 초과할 때 절삭유 공급라인을 통과하는 절삭유의 공급압력을 승압 내지 맥동압력을 주어 공급하도록 하는 승압유닛과, 상기 압력센서 및 승압유닛이 전기적으로 접속되어 승압유닛의 작동을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.

상기 기준치는 칩이 원활하게 배출되는 사전에 설정된 절삭유 공급압력을 의미하고, 상기 설정치는 칩이 원활하게 배출되지 않음에 따라 기준치 압력보다 소정비율만큼 높은 압력을 의미한다.

상기 압력센서는 칩배출홈이 막히면 절삭유 공급통로를 통하여 절삭유가 공급되지 않거나, 공급유량이 감소됨을 검출하는 유량센서로 대체 적용할 수도 있다.

상기 승압유닛은 절삭유 공급라인에 설치되어 고압의 절삭유를 감압하는 감압밸브와, 이 감압밸브를 우회하여 고압의 절삭유를 공급하도록 절삭유 공급라인에 연결된 바이패스라인과, 상기 절삭유 공급라인 및 바이패스라인에 각각 설치되는 제1 및 제2 개폐밸브를 포함하며, 압력센서에 의해 절삭유 공급통로의 내부압력이 설정치 이하임이 검출되면 상기 감압밸브는 기준치 보다 높은 고압의 절삭유를 기준치로 감압시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기에서, 공급펌프는 기준치 보다 높은 고압으로 절삭유를 펌핑하는 고압펌프를 의미한다.

상기 제1개폐밸브는 상기 감압밸브의 입구에 인접하여 설치되어 그 개폐작동에 의해 감압밸브로 유입되는 절삭유의 흐름을 단속하도록 구성되고, 상기 제2개폐밸브는 상기 바이패스라인의 도중에 설치되어 그 개폐작동에 의해 바이패스라인으로 유입되는 절삭유의 흐름을 단속하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 승압유닛은 절삭유 공급라인에 설치되어 절삭유의 공급압력을 맥동압력으로 승압하는 맥동밸브와, 이 맥동밸브를 우회하여 저압의 절삭유를 공급하도록 절삭유 공급라인에 연결된 바이패스라인과, 이 바이패스라인에 설치되어 바이패스라인으로 유입되는 절삭유의 흐름을 단속하는 개폐밸브를 포함하며, 압력센서에 의해 절삭유 공급통로의 내부압력이 설정치를 초과함이 검출되면 상기 맥동밸브는 기준치 이하의 저압인 절삭유의 공급압력을 '칩의 배출이 원활하게 되는 맥동압력'으로 승압시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기에서, 공급펌프는 기준치의 압력으로 절삭유를 펌핑하는 저압 펌프를 의미한다.

상기 맥동밸브는 절삭유 공급라인의 저압측 유입라인과 고압측 유출라인에 설치된 공기압탱크와, 이 공기압탱크와 저압측 유입라인이 서로 연결된 부분에 설치된 제1밸브체와, 저압측 유입라인의 단부에 설치된 제2밸브체를 포함하며, 상기 제1밸브체는 제1탄성부재에 의해 탄성 지지되게 설치되고, 상기 제2밸브체는 제2탄성부재에 의해 탄성 지지되게 설치되며, 상기 저압측 유입라인에는 밸브체 내에서 절삭유가 '칩의 배출이 원활하게 되는 맥동압력'으로 승압됨을 감지하는 승압감지용 압력센서가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 맥동밸브에는 공기압탱크의 상부내측에 상부와 하부로 구획하는 막이 설치되고 상기 막의 상면에서 탄력적으로 지지하도록 제3탄성부재가 설치되며 상기 공기압탱크의 상부에 제3탄성부재의 중심선방향으로 가압정도를 조절하기 위한 조정나사가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은 건드릴 가공에서 심공가공시 발생되는 칩의 막힘을 방지하기 위한 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급방법으로, 압력센서에 의해 칩배출홈과 연통된 절삭유 공급통로의 압력이 설정치를 초과함이 검출되면, 절삭유 공급압력을 '칩의 배출이 원활하게 되는 맥동압력'으로 승압시켜 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시형태에 따른 건드릴용 절삭유 공급방법은, 절삭유 공급통로의 내부압력이 제1설정치를 초과하는지를 판단하고, 절삭유 공급통로의 내부압력이 제1설정치를 초과하면 제1설정치와 제2설정치 사이의 범위 내인지를 판단하며, 절삭유 공급통로의 내부압력이 제1설정치와 제2설정치 사이의 범위 내이면 건드릴의 이송속도 및 회전수를 조절하고, 절삭유 공급통로의 내부압력이 제2설정치를 초과하는지를 판단하며, 절삭유 공급통로의 내부압력이 제2설정치를 초과하면 절삭유 공급압력을 승압 내지 맥동압력으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기 절삭유 공급통로의 내부압력은 건드릴의 칩배출홈에 걸리는 압력, 칩배출홈과 연통된 절삭유 공급통로의 압력을 의미하고, 상기 제1설정치는 칩의 배출이 원활하게 될 때인 기준치보다 소정비율만큼 높은 초과압력이며, 제2설정치는 제1설정치보다 높은 압력을 의미한다.

예를 들면, 상기 제1설정치는 칩의 배출이 원활하게 될 때인 기준치의 10~20%를 초과하고 기준치의 50% 미만일 때의 압력이며, 제2설정치는 기준치의 50%를 초과하는 압력을 의미한다. 상기 제1설정치와 제2설정치는 건드릴의 직경과 가공조건에 따라 달라질 수 있으므로 사전실험에서 얻은 데이터들을 기반으로 작업자가 임의로 변경 설정할 수 있다.

본 발명에 의하면, 건드릴 가공에서 심공가공시 생성되는 칩이 건드릴의 칩배출홈을 통해 원활하게 배출되지 못함에 따른 칩 막힘 현상으로 인하여 절삭유 공급통로의 내부압력이 설정치 보다 높아질 때 절삭유의 공급압력을 순간적인 승압 내지 맥동압력 또는 승압맥동압력으로 공급함으로써 칩의 배출을 매우 원활하게 하여 칩 막힘 현상을 미연에 원천적으로 방지함과 아울러 절삭유의 공급효율을 높일 수 있으며, 이로 인하여 절삭유에 의한 냉각 및 윤활기능을 향상시키고 절삭공구인 건드릴의 파손을 방지함과 더불어 가공 정밀도 및 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예인 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치에 적용되는 맥동밸브를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 맥동밸브에 대한 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 일반적으로 건드릴머신(10)은 주축대(11)와, 이 주축대(11) 내에 회전가능하게 설치된 스핀들(12)과, 이 스핀들(12)의 선단에 마련된 공구 홀더(13)와, 이 공구 홀더(13)에 분리가능하게 장착된 건드릴(15)과, 이 건드릴(15)을 지지하는 지지구 또는 방진구(16)와, 상기 건드릴(15)에 의해 가공되는 소재(14, work piece)가 세팅되는 테이블유닛(17) 등으로 이루어진다.

상기 건드릴(15)은 몸통부(15b)의 선단에 팁(15a)이 마련되고 상기 몸통부(15b)의 외측에는 칩을 배출하는 칩배출홈(15c)이 형성되어 있으며, 상기 몸통부(15b)의 내부에는 그 길이방향으로 절삭유 공급통로(18)가 천공되어 있다. 상기 소재(14) 근처의 테이블유닛(17)에는 건드릴(15)의 칩배출홈(15c)로부터 배출되는 칩을 받기 위한 칩박스(16a)가 배치되어 있다. 상기 건드릴(15)의 팁(15a)에 의해 발생되는 칩은 칩배출홈(15c)을 따라 배출되되 소재(14)에서 칩박스(16a)의 가이드용 부싱(16b)을 통해 칩박스(16a)로 배출되게 된다.

상기 스핀들(12)의 후단에는 일명, "회전급유기"라고 불리는 로터리 유니온(19, rotary union)이 설치되어 있으며, 상기 로터리 유니온(19)에는 절삭유 공급통로(18)가 접속된다. 이렇게 절삭유 공급통로(18)가 로터리 유니온(19)을 통해 절삭유 공급라인(21)과 접속되기 때문에 스핀들(12)의 회전에도 불구하고 절삭유 공급통로(18)로 절삭유를 공급할 수 있게 된다. 상기 절삭유 공급통로(18)는 주축대(11)의 스핀들(12)과 공구홀더(13) 및 건드릴(15)에 형성된 절삭유가 흐르는 통로를 총칭한다.

본 발명에 의한 건드릴 가공에서의 절삭유 공급장치(20)에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 절삭유 공급통로(18)와 밀봉적으로 접속된 절삭유 공급라인(21)과, 이 절삭유 공급라인(21)에 설치되어 절삭유 저장조(22a) 내에 저장된 절삭유를 펌핑하는 공급펌프(22)와, 상기 절삭유 공급통로(18)의 내부압력을 검출하는 압력센서(23)와, 이 압력센서(23)에 의해 절삭유 공급통로(18)의 내부압력이 설정치를 초과할 때 절삭유 공급라인(21)을 통과하는 절삭유의 공급압력을 고압으로 승압 내지 맥동압력을 주는 승압유닛(25), 및 상기 압력센서(23)와 승압유닛(25)이 전기적으로 접속되어 승압유닛(25)의 작동을 제어하는 제어부(24)를 포함한다.

상기 절삭유 공급라인(21)은 절삭유 저장조(22a)로부터 건드릴머신(10)의 절삭유 공급통로(18)까지 연결되되, 특히 절삭유 공급라인(21)과 절삭유 공급통로(18)는 로터리 유니온(19)을 매개로 하여 밀봉적으로 접속 연결된다.

상기 공급펌프(22)는 절삭유 공급라인(21)에 설치되고, 특히 공급펌프(22)는 절삭유 저장조(22a)와 인접한 절삭유 공급라인(21)의 상류 측에 설치되어 절삭유 저장조(22a) 내에 저장된 절삭유를 펌핑하여 절삭유 공급라인(21)으로 공급한다.

상기 압력센서(23)는 도 1에 도시된 바와 같이, 절삭유 공급통로(18)와 최대한 근접된 위치의 절삭유 공급라인(21)에 설치되어 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)을 실시간으로 검출할 수 있어야 된다. 다시 말해, 로터리 유니온(19)와 근접된 위치의 절삭유 공급라인(21)에 설치됨이 바람직하다.

이렇게 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 실시간 검출되는 상태에서 건드릴(15)로 소재(14)에 심공가공을 수행할 때, 건드릴(15)에 의해 발생되는 칩이 건드릴(15)의 칩배출홈(15c)을 통해 원활하게 배출될 경우에는 압력센서(23)에 의해 검출된 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)은 설정치 이하로 형성된다.

다시 말해서, 위와 같이 심공가공시 칩이 원활하게 배출되면 절삭유 공급통로(18) 내로 절삭유가 정상적으로 공급되어 건드릴(15)의 칩배출홈(15c)을 통해 정상적으로 배출되는바, 이때 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)은 '설정치' 이하인 '기준치(R)' 또는 '기준치(R)'와 '설정치' 사이의 압력으로 유지되게 된다. 여기서, '기준치(R)'는 칩이 원활하게 배출되는 절삭유 공급압력으로 절삭조건에 따라 사전에 설정된 내부압력을 의미한다.

만일, 심공가공시 발생되는 칩이 원활하게 배출되지 못하는 경우에는 칩배출홈(15c)의 막힘, 즉 건드릴(15)의 팁(15a)으로부터 칩배출홈(15c)에 쌓인 칩으로 인하여 칩배출홈(15c)과 연통된 절삭유 공급통로(18) 내의 압력이 상승하게 되면서 압력센서(23)에 의해 검출되는 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 '설정치'를 초과하게 된다.

이때, 승압유닛(25)은 압력센서(23)에 의해 검출된 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 '설정치'를 초과하면 절삭유 공급라인(21)을 통해 공급되는 절삭유 공급압력(SP)을 순간적으로 승압시키거나 맥동압력을 주어 충격파 형태로 절삭유를 공급하게 된다.

상기 제어부(24)에는 압력센서(23) 및 승압유닛(25)이 전기적으로 접속되어 있으므로, 상기 압력센서(23)에 의해 검출된 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 '설정치'를 초과하면 제어부(24)는 승압유닛(25)을 제어하여 고압의 절삭유를 순간적으로 절삭유 공급통로(18)로 공급과 차단을 반복하여 얻은 맥동압력으로 칩 배출을 원활하게 수행할 수 있다.

특히, 제어부(24)에는 모니터링부(24a)가 전기적으로 접속되고, 이 모니터링부(24a)에는 압력센서(23)가 전기적으로 접속되어 있다. 이로 인하여, 압력센서(23)에 의해 검출된 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 모니터링부(24a)에 실시간으로 전송되기 때문에, 작업자는 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)을 실시간으로 모니터링하여 절삭유의 공급압력에 대한 승압 여부를 결정할 수 있고, 필요에 따라서는 제어프로그램을 활용하여 자동화할 수도 있다.

제1실시예에 따른 승압유닛(25)은 도 1에 도시된 바와 같이, 절삭유 공급라인(21)에 설치되어 고압의 절삭유를 감압하는 감압밸브(31)와, 이 감압밸브(31)를 우회하여 고압의 절삭유를 공급하도록 절삭유 공급라인(21)에 연결된 바이패스라인(26)과, 상기 절삭유 공급라인(21) 및 바이패스라인(26)에 각각 설치된 제1 및 제2 개폐밸브(27a, 27b)를 포함한다.

상기 공급펌프(22)는 '기준치(R)' 보다 높은 고압으로 절삭유를 펌핑하는 고압펌프가 적용되어야 하며, 감압밸브(31)는 절삭유 공급라인(21)에 설치된다. 상기 압력센서(23)가 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 '설정치' 이하임을 검출(즉, 칩의 배출이 원활한 가공 상태)하면 감압밸브(31)는 '기준치(R)' 보다 높은 고압의 절삭유를 '기준치(R)'까지 감압시킨다. 여기서, '기준치(R)'는 건드릴(15)에 의한 소재(14)의 심공가공시 발생되는 칩의 배출이 원활하게 되는 가공 상태의 절삭유 공급압력(SP)을 의미한다.

예컨대, 칩의 배출이 원활한 가공 상태인 절삭유 공급압력 즉, '기준치(R)'가 30bar 정도이고, 공급펌프(22)가 대략 50bar의 고압으로 절삭유를 펌핑하는 고압펌프가 적용되면, 감압밸브(31)는 50bar의 절삭유 공급압력을 30bar 정도의 '기준치(R)'까지 감압시킨다. 여기서, 감압밸브(31)에는 공지된 다양한 종류의 감압밸브가 적용될 수 있으므로 그 자세한 설명은 생략한다.

이와 같이, 건드릴(15)에 의한 심공가공시 칩의 배출이 원활하게 이루어지는 가공 상태일 때, 고압펌프인 공급펌프(22)에 의해 고압으로 절삭유가 공급되면, 감압밸브(31)는 공급펌프에 의해 토출되는 절삭유 공급압력의 고압을 '기준치(R)'로 감압시킨다.

상기 바이패스라인(26)은 그 일단이 감압밸브(31)의 상류에 위치한 절삭유 공급라인(21)의 분기점(21a)에서 분기되고, 그 타단은 감압밸브(31)의 하류에 위치한 절삭유 공급라인(21)의 합류점(21b)에 합류되게 연결된다. 상기 압력센서(23)가 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 '설정치'를 초과함을 검출(칩의 배출이 원활하지 못한 가공 상태)하면, 고압펌프인 공급펌프(22)에 의해 토출되는 고압의 절삭유는 감압밸브(31)를 거치지 않고 우회하여 바이패스라인(26)을 통해 건드릴머신(10)의 절삭유 공급통로(18)로 공급된다.

상기 제1개폐밸브(27a)는 감압밸브(31)의 입구와 절삭유 공급라인(21)의 분기점(21a) 사이에 설치되어 그 개폐작동에 의해 감압밸브(31)로 유입되는 절삭유의 흐름을 단속한다. 상기 제2개폐밸브(27b)는 바이패스라인(26)에 설치되어 그 개폐작동에 의해 바이패스라인(26)로 유입되는 절삭유의 흐름을 단속한다.

상기 제1 및 제2 개폐밸브(27a, 27b)는 수동밸브 또는 전자식 밸브로 이루어질 수 있다. 특히, 제1 및 제2 개폐밸브(27a, 27b)가 전자식 밸브로 이루어질 경우 제어부(24)와 전기적으로 접속되어 압력센서(23)의 검출 압력에 따라 그 개폐가 자동으로 제어됨이 바람직하다.

이러한 제1실시예에 따른 승압유닛(25)의 작동을 상세하게 설명하고자 한다.

건드릴(15)로 소재(14)에 심공을 가공하고자 할 때, 고압펌프인 공급펌프(22)에 의해 고압의 절삭유를 펌핑하면서, 건드릴(15)을 회전 구동시켜 심공작업을 시작하면 팁(14a)으로부터 발생되는 칩은 칩배출홈(15c)을 통해 절삭유와 함께 외부로 배출된다. 이렇게 칩이 외부로 원활하게 배출되면 압력센서(23)에 의해 검출된 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)은 '설정치' 보다 낮은 상태, 즉 '기준치(R)'로 유지되게 된다. 이와 같이 소재(14)에 안정적으로 심공가공이 이루어질 때에는 절삭유 공급라인(21)을 통해 공급되는 절삭유의 공급압력이 감압밸브(26)를 거치면서 '기준치(R)'로 감압되어 절삭유 공급통로(18)로 공급되는 것이다.

이와 같이 안정적인 심공작업이 지속적으로 이루어지다가 칩의 배출이 원활하게 이루어지지 않게 되면 건드릴(15)의 칩배출홈(15c)에 칩이 차면서 건드릴(15)의 팁(15a)부분을 막게 되고, 이로 인하여 칩배출홈(15c)과 연통된 절삭유 공급통로(18)를 막으므로 압력센서(23)에 의해 검출된 '절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)'이 '기준치(R)' 보다 높아지면서 '설정치'를 초과하게 된다.

이때, 제1개폐밸브(27a)가 폐쇄됨과 동시에 바이패스라인(26)의 제2개폐밸브(27b)가 개방됨으로써 고압의 절삭유가 바이패스라인(26)으로 공급되고, 이에 따라 순간적으로 승압된 고압의 절삭유가 스핀들(12) 및 건드릴(15)의 절삭유 공급통로(18)로 공급되게 된다. 이렇게 고압의 절삭유가 절삭유 공급통로(18)로 공급되면 건드릴(15)에서 고압의 절삭유가 건드릴(15) 선단의 가공영역이나 팁(14a)부분으로 토출되므로 건드릴(15)의 칩배출홈(15c)을 막고 있던 칩을 밀어내게 되고, 이로 인하여 칩은 건드릴(15)의 칩배출홈(15c)을 통해 외부로 원활하게 배출되기 시작된다.

제2실시예에 따른 승압유닛(25)은 도 2에 도시된 바와 같이, 절삭유 공급라인(21)에 설치되어 절삭유의 공급압력을 순간적인 고압으로 승압하는 맥동밸브(35)와, 이 맥동밸브(35)의 전방에 설치되는 제3개폐밸브(29a)와, 상기 맥동밸브(35) 및 제3개폐밸브(29a)를 우회하여 저압의 절삭유를 공급하도록 절삭유 공급라인(21)에 연결된 바이패스라인(28)과, 이 바이패스라인(28)에 설치된 제4개폐밸브(29b)를 포함한다.

상기 공급펌프(22)는 '기준치(R)'의 내부압력, 즉 저압으로 절삭유를 펌핑하는 저압 펌프이고, 맥동밸브(35)는 절삭유 공급라인(21)에 설치된다. 압력센서(23)가 절삭유 공급통로(18)의 내부압력이 '설정치'를 초과함을 검출(즉, 칩의 배출이 원활하지 못한 가공 상태)하면, 맥동밸브(35)는 '기준치(R)'의 저압인 절삭유의 공급압력이 '칩의 배출이 원활하게 되는 순간적인 맥동압력'으로 승압되어야 한다. 여기서, '기준치(R)'는 건드릴(15)에 의한 소재(14)의 심공가공시 발생되는 칩의 배출이 원활하게 되는 가공 조건에서의 절삭유 공급압력(SP)을 의미한다.

예컨대, 칩의 배출이 원활한 가공 조건에서 '기준치(R)'가 30bar 정도이고 공급펌프(22)가 대략 30bar 정도의 절삭유를 펌핑하는 저압펌프로 적용되면, 맥동밸브(35)는 30bar의 절삭유 공급압력을 칩의 배출이 원활하게 되는 순간적인 맥동압력인 50bar 까지 승압되도록 마련됨이 바람직하다.

이와 같이, 건드릴(15)로 심공가공을 할 때, 칩 배출이 원활하지 못한 가공 상태로 되면, 저압펌프인 공급펌프(22)에 의해 공급되는 저압의 절삭유가 흐르지 못하면서 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 상승되게 되고, 이렇게 압력이 상승됨을 압력센서(23)가 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 '설정치'를 초과함이 검출(즉, 칩의 배출이 원활하지 못한 가공 상태)되면, 맥동밸브(35)는 절삭유의 공급압력을 '칩의 배출이 원활하게 되는 순간적인 맥동압력'으로 승압시켜 공급한다.

상기 바이패스라인(28)은 그 일단이 맥동밸브(35)의 상류에 위치한 절삭유 공급라인(21)의 분기점(21a)에서 분기되고, 그 타단이 맥동밸브(35)의 하류에 위치한 절삭유 공급라인(21)의 합류점(21b)에 합류되게 연결된다. 상기 압력센서(23)에 의해 절삭유 공급통로(18)의 내부압력(IP)이 '설정치' 이하인 것으로 검출(즉, 칩의 배출이 원활한 가공 상태)되면, 맥동밸브(35)를 우회하여 바이패스라인(28)을 통해 저압의 절삭유를 공급하게 된다.

상기 개폐밸브(29a)는 맥동밸브(35)의 전방인 절삭유 공급라인(21)의 저압측 유입라인(21c)에 설치되어 그 개폐작동에 의해 맥동밸브(35)로 유입되는 절삭유의 흐름을 단속하며, 상기 개폐밸브(29b)는 바이패스라인(28)에 설치되어 그 개폐작동에 의해 바이패스라인(28)으로 유입되는 절삭유의 흐름을 단속한다.

또한, 상기 개폐밸브(29a,29b)는 수동밸브 또는 전자식 밸브로 이루어질 수 있다. 특히, 개폐밸브(29a,29b)가 전자식 밸브로 이루어질 경우 제어부(24)에 전기적으로 접속되어 압력센서(23)에 의해 검출된 압력에 따라 그 개폐작동이 자동으로 제어되도록 구성될 수 있다.

그리고, 맥동밸브(35)와 공급펌프(22) 사이에는 맥동밸브(35)에 의한 순간적인 고압으로 인한 충격압이 공급펌프(22)로 전달됨을 방지하기 위한 완충유닛(39)이 설치될 수 되고, 이러한 완충유닛(39)은 어큐뮬레이터 등으로 이루어질 수도 있다.

한편, 맥동밸브(35)의 구체적인 실시형태를 도 3에 나타내었다. 상기 맥동밸브(35)는 절삭유 공급라인(21)의 저압측 유입라인(21c)과 고압측 유출라인(21d)이 접속된 공기압탱크(37)와, 이 공기압탱크(37)와 저압측 유입라인(21c)이 서로 연결된 부분에 설치된 제1밸브체(38a)와, 저압측 유입라인(21c)의 단부에 설치된 제2밸브체(38c)를 가진 유체충격(fluid hammer)원리를 이용한 구조로 이루어져 있다.

상기 저압측 유입라인(21c)은 저압펌프인 공급펌프(22)에 의해 펌핑된 저압의 절삭유가 통과하는 부분을 의미하고, 고압측 유입라인(21d)은 공기압탱크(37) 내에서 승압된 고압의 절삭유가 통과하는 부분을 의미한다.

상기 공기압탱크(37)는 절삭유 공급라인(21)의 저압측 유입라인(21c)의 단부에서 수직상방으로 설치되고, 제1밸브체(38a)는 제1탄성부재(38b)에 의해 탄성 지지되게 설치되며, 제2밸브체(38c)는 제2탄성부재(38d)에 의해 탄성 지지되게 설치된다.

이와 같이 유체충격원리를 채택한 맥동밸브(35)의 승압작용에 대하여 구체적으로 살펴보고자 한다.

먼저, 저압측 유입라인(21c)의 단부로 저압의 절삭유가 유입되면, 공기압탱크(37)의 하단에 저압의 절삭유가 일정 높이로 채워지지만, 중력 때문에 고압측 유출라인(21d)까지는 흘러가지 못하게 된다. 그 이후에, 제2밸브체(38c)로 흘러나가는 절삭유의 속도가 증가하여 그 속도가 점점 빨라지면 제2밸브체(38c)가 폐쇄되고, 이때 고압의 유체충격(fluid hammer)이 발생하여 제1밸브체(38a)가 개방되고, 공기압탱크(37) 내의 공기를 압축시킴에 따라 절삭유는 순간적으로 승압된 후 고압측 유출라인(21d)을 거쳐 건드릴머신(10)의 절삭유 공급통로(18)로 공급되게 된다.

여기서, 공기압탱크(37), 제1밸브체(38a), 제1탄성부재(38b), 제2밸브체(38c), 제2탄성부재(38d)가 저압의 절삭유를 '칩의 배출이 원활하게 되는 순간적인 고압인 맥동압력'으로 승압시키도록 충분한 고압의 유체충격(fluid hammer)을 확보할 수 있도록 설계됨이 바람직하다.

그리고, 공기압탱크(37)와 근접된 저압측 유입라인(21c)에는 공기압탱크(37) 내에서 절삭유가 '칩의 배출이 원활하게 되는 정도의 맥동압력인 순간적인 고압'으로 승압됨을 감지하는 승압감지용 압력센서(36)가 설치되며, 상기 승압감지용 압력센서(36)는 모니터링부(24a)와 접속되어있어 승압감지용 압력센서(36)에 의해 절삭유가 '칩의 배출이 원활해질 수 있을 정도의 순간적인 고압'으로 승압되는지의 여부를 실시간으로 모니터링한다.

도 4는 본 발명의 장치에 적용된 맥동밸브의 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 상기 맥동밸브(35)에는 공기압탱크(37)의 상부내측에 상부와 하부로 구획하도록 기밀이 유지되는 막(40)이 설치되고 상기 막(40)의 상면에서 탄력적으로 지지하도록 스프링 등의 제3탄성부재(41)가 설치되며 상기 공기압탱크(37)의 상부에는 제3탄성부재(41)의 중심선방향으로 가압정도를 조절하기 위한 조정나사(42)가 설치되어 있다.

상기와 같은 구성의 맥동밸브 또한 도 3의 맥동밸브와 동일하게 작동되는 것이나, 도 3의 맥동밸브는 공기압탱크(37) 상부의 공기압만으로도 고압을 얻는 것이고, 도 4의 맥동밸브는 공기압만을 이용하는 고압에 제3탄성부재(41)의 탄성력을 더하여 더욱 높은 고압을 얻을 수 있다.

부언하면, 맥동밸브(35)의 제1밸브체(38a)가 열리는 순간, 공기압탱크(37) 상부의 공기압축과 함께 제3탄성부재(41)도 압축됨에 따라 공기압축에너지와 탄성부재압축에너지로 인해 절삭유는 순간적으로 승압된 후 상기 제1밸브체(38a)가 제1탄성부재(38b)에 의해 닫힘과 동시에 고압측 유출라인(21d)으로 순간적으로 승압된 맥동압력이 토출되게 된다. 이때의 토출압력은 공기압축에너지에 탄성부재압축에너지가 더해진 만큼 높은 맥동압력이다.

상기 토출 맥동압력을 조절하고자 할 때에는 조정나사(42)를 회전시켜 제3탄성부재(41)의 가압정도를 조정함으로써 건드릴 가공에 적합한 맥동압력을 얻을 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명의 건드릴 가공에서의 절삭유 공급장치를 이용한 절삭유 공급방법을 도시한 순서도이다.

본 발명에 따른 건드릴 가공에서의 절삭유 공급방법은, 압력센서(23)에 의해 검출된 압력이 제1설정치(P1)를 초과하는지를 판단하고(T1), 압력센서(23)에 의해 검출된 압력이 제1설정치(P1)를 초과하면 제1설정치(P1)와 제2설정치(P2) 사이의 범위 내인지를 판단하며(T2), 압력센서(23)에 의해 검출된 압력이 제1설정치(P1)와 제2설정치(P2) 사이의 범위이면 건드릴(15)의 이송속도 및 회전수를 조절하고(T3), 압력센서(23)에 의해 검출된 압력이 급격하게 상승하여 제2설정치(P2)를 초과하는지를 판단하며(T4), 압력센서(23)에 의해 압력은 제2설정치(P2)를 초과하면 절삭유 공급압력을 승압 내지 순간적인 승압맥동시켜 공급한다(T5).

상기 '제1설정치(P1)'는 칩의 배출이 원활하게 될 때인 '기준치(R)'보다 소정비율만큼 높은 초과압력이며, '제2설정치(P2)'는 '제1설정치(P1)'보다 높은 압력을 의미한다. 예를 들면, 상기 '제1설정치(P1)'는 칩의 배출이 원활하게 될 때인 '기준치(R)'의 10~20%를 초과하고 '기준치(R)'의 50% 미만일 때의 압력이며, '제2설정치(P2)'는 '기준치(R)'의 50%를 초과하는 압력을 의미한다. 여기서, '제1설정치(P1)'과 제2설정치(P2)'는 건드릴의 직경과 가공조건에 따라 달라질 수 있으므로 사전실험에서 얻은 데이터들을 기반으로 작업자가 임의로 설정을 변경할 수 있다.

건드릴(15)의 이송속도 및 회전수 조절단계(T3)는 칩의 배출이 원활하지 않을 경우로서, 건드릴(15)의 이송속도 및 회전수를 줄이도록 조절한다.

그리고, 절삭유 공급압력의 승압단계(T5)는 선행하는 제1 및 제2 실시예에 따른 절삭유 공급방법 중에서 어느 하나의 방법에 의해 절삭유 공급압력을 승압 또는 순간적인 승압맥동압력으로 공급한다.

또한, 본 발명은 건드릴머신의 공급펌프 측에 압력릴리프밸브가 설치된 경우, 절삭유 공급통로의 내부압력을 검출하는 압력센서(23)로는 칩 막힘 현상으로 인한 압력상승의 검출능력이 저하될 수도 있다. 이러한 경우에는 칩에 의해 칩배출홈이 막히면 절삭유 공급통로를 통하여 절삭유가 공급되지 않거나, 공급유량이 감소됨을 검출할 수 있는 유량센서로 대체 적용하면 본 발명과 동일한 작용 및 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

10: 건드릴머신 11: 주축대 12: 스핀들
14: 소재 13: 공구 홀더 15: 건드릴
16: 방진구 17: 테이블유닛 18: 절삭유 공급통로
20: 절삭유 공급장치 21: 절삭유 공급라인 22: 공급펌프
23: 압력센서 24: 제어부 24a: 모니터링부
25: 승압유닛 35: 맥동밸브 37: 공기압탱크

Claims (6)

1. 건드릴에 의한 심공가공시 생성되는 칩 배출이 원활하도록 칩 막힘을 방지하기 위한 건드릴 가공에서의 칩막힘 방지용 절삭유 공급장치로서,
   절삭유 공급통로에 접속된 절삭유 공급라인과, 이 절삭유 공급라인에 설치되어 절삭유 저장조 내에 저장된 절삭유를 펌핑하는 공급펌프와, 상기 절삭유 공급통로의 내부압력을 검출하는 압력센서와, 이 압력센서에 의해 절삭유 공급통로의 내부압력이 설정치를 초과할 때 절삭유 공급라인을 통과하는 절삭유의 공급압력을 승압 내지 순간적인 승압맥동압력을 주어 공급하도록 하는 승압유닛과, 상기 압력센서 및 승압유닛이 전기적으로 접속되어 승압유닛의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 승압유닛은 절삭유 공급라인에 설치되어 고압의 절삭유를 감압하는 감압밸브와, 이 감압밸브를 우회하여 고압의 절삭유를 공급하도록 절삭유 공급라인에 연결된 바이패스라인과, 상기 절삭유 공급라인 및 바이패스라인에 각각 설치되는 제1 및 제2 개폐밸브를 포함하고,
   상기 압력센서에 의해 절삭유 공급통로의 내부압력이 설정치 이하임이 검출되면 상기 감압밸브는 기준치 보다 높은 고압의 절삭유를 기준치로 감압시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 승압유닛은 상기 절삭유 공급라인에 설치되어 절삭유의 공급압력을 고압으로 승압하는 순간적인 맥동밸브와, 이 맥동밸브를 우회하여 저압의 절삭유를 공급하도록 절삭유 공급라인에 연결된 바이패스라인과, 이 바이패스라인에 설치되어 바이패스라인으로 유입되는 절삭유의 흐름을 단속하는 개폐밸브를 포함하고,
   압력센서에 의해 절삭유 공급통로의 내부압력이 설정치를 초과하면 상기 맥동밸브는 기준치인 저압 절삭유의 공급압력을 '칩의 배출이 원활하게 되는 순간적인 맥동압력의 고압'으로 승압시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 맥동밸브에는 공기압탱크의 상부내측에 상부와 하부로 구획하는 막이 설치되고 상기 막의 상면에서 탄력적으로 지지하도록 제3탄성부재가 설치되며 상기 공기압탱크의 상부에 제3탄성부재의 중심선방향으로 가압정도를 조절하기 위한 조정나사가 설치되는 것을 특징으로 하는 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 압력센서가 절삭유 공급통로의 절삭유 유량을 검출하는 유량센서로 대체된 것을 특징으로 하는 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급장치.
6. 건드릴 가공에서의 칩 막힘 방지용 절삭유 공급방법에 있어서,
   '절삭유 공급통로의 내부압력'이 제1설정치를 초과하는지를 판단하고,
   '절삭유 공급통로의 내부압력'이 제1설정치를 초과하면 제1설정치와 제2설정치 사이의 범위 내인지를 판단하며,
   '절삭유 공급통로의 내부압력'이 제1설정치와 제2설정치 사이의 범위 내이면 건드릴의 이송속도 및 회전수를 조절하고,
   '절삭유 공급통로의 내부압력'이 제2설정치를 초과하는지를 판단하며,
   '절삭유 공급통로의 내부압력'이 제2설정치를 초과하면 절삭유 공급압력을 승압시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 건드릴용 절삭유 공급방법.
   상기 '제1설정치'는 칩의 배출이 원활하게 될 때인 '기준치'보다 소정비율만큼 높은 초과압력이며, 상기 '제2설정치'는 '제1설정치'보다 높은 압력을 의미한다.

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