KR20140087807A

KR20140087807A - 에너지 절감형 절삭유 공급 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20140087807A
Application number: KR1020120158482A
Authority: KR
Inventors: 홍순기; 이종만; 장현중
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2014-07-09

Abstract

본 발명은 공작기계용 절삭유 공급 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계 내 공급되는 절삭유의 압력을 절삭공구의 가동 댓수에 따라 일정하게 유지하여 전력 절감 및 고효율 운전이 가능하도록 한 절삭유 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 절삭유 탱크의 절삭유를 펌핑하여 토출하는 절삭유 공급펌프; 상기 절삭유 공급펌프의 토출로에서 절삭유 공급압력을 측정하는 압력센서; 상기 절삭유 공급펌프의 가동을 위한 가변모터; 상기 압력센서의 측정압력신호에 따라 상기 가변모터를 제어하여 상기 절삭유 공급펌프에서 토출되는 절삭유 토출압력을 가변 제어하는 인버터;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 절삭유 공급 장치를 제공한다.

Description

에너지 절감형 절삭유 공급 장치 및 방법 {System and method supplying cutting oil}

본 발명은 공작기계용 절삭유 공급 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계 내 공급되는 절삭유의 압력을 절삭공구의 가동 댓수에 따라 일정하게 유지하여 전력 절감 및 고효율 운전이 가능하도록 한 절삭유 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계를 이용하여 공작물을 절삭하는 경우 발생하는 마찰열은 절삭공구의 내구성과 절삭되는 공작물의 정밀도에 부정적인 영향을 초래하게 된다. 이를 방지하기 위하여 공작기계는 절삭유 공급장치를 구비하며, 이 절삭유 공급장치는 절삭가공이 진행되어 마찰열이 발생하는 부분에 절삭유를 공급하여 절삭공구 및 공작물을 냉각시키고 윤활하게 하여 절삭공구의 수명을 연장시키고 공작물의 다듬질 면을 깨끗하게 한다.

이러한 공작기계는 여러 구성요소로 구성되는데, 그중에서도 절삭유 공급을 위한 절삭유 공급펌프의 소비 전력이 공작기계의 소비 전력 내역 중 가장 큰 비중을 차지하고 있다.

도 1은 종래의 절삭유 공급장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 절삭유 공급장치는 절삭유를 보관하는 절삭유 탱크(10), 절삭유 탱크(10)에서 절삭유를 펌핑하여 공급하는 절삭유 공급펌프(20), 절삭유 공급펌프(20)의 구동을 위한 구동모터(30), 및 필요 압력 이상의 절삭유를 드레인하는 릴리프 밸브(40)로 이루어진다.

이러한 종래의 절삭유 공급장치는 고정 회전형의 절삭유 공급펌프(20)를 이용하여 운전되는데, MCC(MOTOR CONTROL CENTER)의 가동 여부와 상관없이 연속적으로 절삭유를 공급함으로 과다한 전력 소모를 유발하게 되는 문제점이 있다.

또한 상기 종래의 절삭유 공급장치는 연속 운전으로 필요 이상의 절삭유 압력을 형성하게 되는데, 이때 정격 토출 압력 이상의 절삭유는 사용이 불가하므로 요구치를 초과한 절삭유를 릴리프 밸브를 통해 드레인하며, 이때 높은 마찰열을 발생시키게 되어 절삭유 회전율이 증가하게 되고, 또한 연속 운전으로 수명 저하 및 고장 다발을 초래하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 개선하기 위해 고안한 것으로서, 공작기계의 절삭공구에 공급되는 절삭유의 압력을 압력센서로 검출하고 이 압력센서의 신호에 따라 절삭유 공급압력이 소정 압력으로 유지되도록 절삭유 공급펌프를 가변 제어하는 에너지 절감형 절삭유 공급 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 절삭유 탱크의 절삭유를 펌핑하여 토출하는 절삭유 공급펌프; 상기 절삭유 공급펌프의 토출로에서 절삭유 공급압력을 측정하는 압력센서; 상기 절삭유 공급펌프의 가동을 위한 가변모터; 상기 압력센서의 측정압력신호에 따라 상기 가변모터를 제어하여 상기 절삭유 공급펌프에서 토출되는 절삭유 토출압력을 가변 제어하는 인버터;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 절삭유 공급 장치를 제공한다.

본 발명의 구현예에서, 상기 절삭유 공급펌프의 토출로에는 상호 병렬로 연결된 자동작동밸브들이 연결되고, 각각의 자동작동밸브는 MCC의 각 가공 스핀들에 연결되어 일정 압력의 절삭유를 공급하게 된다.

또한 본 발명은, 절삭유 공급펌프의 토출로에 형성되는 절삭유 공급압력을 검출하여 측정압력신호를 형성하는 과정; 상기 측정압력신호를 설정압력신호와 비교하여 압력편차를 계산하고, 이 압력편차를 이용하여 가변모터의 회전 동작을 가변 제어하는 과정; 상기 가변모터의 회전 동작에 의해 절삭유 공급펌프의 절삭유 토출압력을 형성하는 과정;을 통해 MCC 측으로 공급되는 절삭유 공급압력을 일정하게 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 절삭유 공급 방법을 제공한다.

이때 상기 MCC 측으로 공급되는 절삭유 공급압력은 가공 스핀들의 가동 댓수에 따라 비례적분 제어 방식으로 제어된다.

본 발명에 따른 절삭유 공급 장치 및 방법은 다음과 같은 이점이 있다.

1. 비례적분 제어 방식을 이용한 가변 운전을 통해 적절한 절삭유 공급압력을 유지하여 불필요한 동력 손실을 방지함으로써 전력 절감 및 고효율 운전을 가능하게 하며, 이에 의해 생산비 절감이 가능하다.

2. 필요 이상의 절삭유를 드레인하기 위한 기존의 릴리프 밸브 생략이 가능하며, 이에 의해 마찰열 발생 최소화 및 절삭유 온도 상승 억제가 가능하고, 아울러 절삭유 회전율 감소 및 작동 소음 감소가 가능하며, 친환경 이미지의 제고를 도모할 수 있다.

3. 절삭유 공급펌프 및 가변모터 등 절삭유와 관련한 공작기계의 부품 수명 연장이 가능하고, 유지 보수비가 감소하게 된다.

도 1은 종래의 절삭유 공급장치를 나타낸 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 절삭유 공급장치를 나타낸 개략적인 구성도
도 3은 본 발명에 따른 절삭유 공급장치의 테스트 결과를 나타낸 그래프
도 4는 본 발명에 따른 절삭유 공급장치에 연결되는 MCC의 가공 스핀들의 가동 댓수에 따른 절삭유 공급압력을 나타낸 그래프

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 공작기계에서 요구하는 조건에 맞는 최적의 운전으로 불필요한 동력 손실을 방지하여 고효율 운전을 가능하게 하는 에너지 절감형 절삭유 공급장치에 관한 것으로, MCC(MOTOR CONTROL CENTER)의 각 절삭공구(혹은 가공 스핀들)에 공급되는 절삭유 압력을 적정 압력으로 일정하게 유지하여 운전함으로써 전력 소모를 최소화하여 고효율 운전을 도모하고, 아울러 기존의 릴리프 밸브 생략에 의해 마찰열 발생을 최소화하여 절삭유 회전율을 감소시킨다.

도 2는 본 발명에 따른 절삭유 공급장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 절삭유 공급장치는 절삭유를 보관하는 절삭유 탱크(1), 이 절삭유 탱크(1)에서 절삭유를 펌핑하여 토출하는 절삭유 공급펌프(2), 이 절삭유 공급펌프(2)의 가동을 위한 가변모터(3), 상기 공급펌프(2)의 토출로(혹은 출력단)(4)에서 절삭유 공급압력을 측정하는 압력센서(5), 및 이 압력센서(5)의 신호에 따라 상기 가변모터(3)의 구동을 제어하는 인버터(6) 등을 포함하여 구성된다.

상기 절삭유 공급펌프(2)는 인버터 부착형 모터를 통해 구동되는 가변 펌프 혹은 인버터 펌프로서, 상기 인버터(6)로부터 수신하는 신호에 따라 조절되는 가변모터의 회전수에 따라 가동되어 절삭유를 토출한다.

상기 가변모터(3)는 인버터 부착형 모터로서 절삭유 공급펌프(2)와 연결되어 이 공급펌프(3)를 가동시키는 것으로, 상기 인버터(6)의 제어신호에 따라 회전 구동되어 동력을 발생시킨다.

상기 압력센서(5)는 절삭유 공급펌프(2)의 토출로(4)에 연결된 것으로, 상기 공급펌프(2)의 토출로 압력 즉, 상기 절삭유 공급압력을 측정하여 그 측정압력신호를 인버터(6)에 전송한다.

다시 말해, 상기 압력센서(5)는 절삭유 공급펌프(2)의 토출로(4) 및 이 토출로(4)에 설치된 압력계(7)와 연결되어서 MCC 측으로 공급되는 절삭유의 압력을 측정한다.

예를 들면, 상기 압력센서(5)로는 프로세스형 마노메터가 사용될 수 있다. 알려진 바와 같이, 프로세스형 마노메터는 절삭유 공급펌프(2)의 토출로(4)에 형성되는 절삭유 공급압력을 검출하는 동시에, 설정된 한계값을 초과 또는 미달하는 경우 스위칭 상태를 변경할 수 있는 스위칭 기능을 구현할 수 있다.

그리고, 상기 인버터(6)는 압력센서(5)에서 수신한 측정압력신호에 따라 가변모터(3)의 동작을 제어하는 것으로, 압력센서(5)로부터 입력받은 절삭유 공급압력(절삭유 공급펌프와 MCC 사이에 연결된 절삭유 배관에 형성되는 절삭유 공급압력임) 관련 신호에 따라 가변모터(3)의 회전 동작을 제어하여 절삭유 공급펌프(2)에 공급되는 동력을 조절함으로써, 결과적으로 가변모터(3)를 제어하여 절삭유 공급펌프(2)의 토출로(4)(혹은 절삭유 공급펌프와 MCC 사이에 연결된 절삭유 배관)에 형성되는 절삭유 공급압력을 제어하게 된다.

다시 말해, 이때의 인버터(6)는 MCC의 가동 스핀들의 가동 댓수에 따라 비례적분(PI) 제어 혹은 동기 제어 방식으로 가변모터(3)를 제어하는 제어기로서, 제어하고자 하는 절삭유 공급펌프(2)의 토출로(4)에 형성되는 절삭유 공급압력을 압력센서(5)를 통해 측정하고, 이 신호(측정압력신호)를 설정압력신호와 비교하여 압력편차를 계산하고, 이 압력편차를 이용하여 절삭유 공급펌프의 절삭유 토출압력을 계산하여 가변모터의 회전 동작을 제어함으로써, 결과적으로 상기 압력편차에 따른 절삭유 토출압력을 형성하여 상기 절삭유 공급펌프(2)의 토출로(4) 즉, 절삭유 배관에 형성되는 절삭유 공급압력을 소정 압력으로 일정하게 유지하도록 제어할 수 있게 된다.

즉, 상기 인버터(6)는 압력센서(5)에서 검출된 측정압력신호를 설정압력신호와 비교하고 그 압력편차에 따른 피드백 신호를 가변모터(3)에 공급하여 절삭유 공급펌프(2)를 가변 제어함으로써 MCC 측으로 공급되는 절삭유 공급압력을 가동 스핀들의 가동 댓수에 따라 일정하게 유지하도록 제어하게 된다.

도 2에 보이듯이, 절삭유 공급펌프(2)의 토출로(4)에는 역류 방지를 위한 체크밸브(8)와, 상호 병렬로 연결된 자동작동밸브(9)들이 설치되어 있다.

상기 체크밸브(8)는 절삭유 공급펌프(2)와 자동작동밸브(9) 사이의 절삭유 배관 즉, 상기의 토출로(4)에 설치되어 있다.

상기 각 자동작동밸브(9)는 밸브 출구의 압력을 소정 압력으로 유지하도록 자동적으로 밸브의 개폐가 조절되는 것으로, MCC의 각 가공 스핀들(혹은 절삭공구)에 연결되어 절삭유 배관(4)을 통해 공급되는 일정 압력의 절삭유를 상기 각 가공 스핀들에 공급하게 된다.

예를 들면, 상기 자동작동밸브(9)로는 솔레노이드 밸브가 이용될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 절삭유 공급장치는 절삭유 공급펌프(2)의 토출로(4)에 연결된 압력센서(5) 및 이 압력센서(5)의 신호를 이용하여 비례적분(PI) 제어 방식으로 상기 절삭유 공급펌프(2)의 절삭유 토출압력을 가변 제어하여 MCC 측으로 공급되는 절삭유 공급압력을 가동 스핀들의 가동 댓수에 따라 일정하게 제어한다.

상기의 절삭유 공급장치는 MCC의 가공 스핀들 가동 댓수에 따라 절삭유 공급압력 및 공급유량이 동기 제어되어 각각의 가공 스핀들의 운전에 필요한 적정 압력만큼만 공급되게 제어함으로써 전력 절감이 가능하며, 각각의 가공 스핀들에 필요한 절삭유 압력만 공급되게 가변 운전됨으로 가공시 발생하는 마찰열을 최소화하여 절삭유의 회전율을 감소시키는 효과가 있다.

이러한 절삭유 공급장치는 압력센서의 압력신호를 이용하는 가변 회전형의 인버터 펌프를 이용하여 절삭유 공급펌프의 토출압력을 최적화하여 형성함으로써 정격 토출 압력 이상의 절삭유도 사용 가능하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 절삭유 공급장치의 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.

상기 절삭유 공급장치를 소정의 프로그램을 이용하는 테스트 툴을 통해 시험해본 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, MCC의 각 가공 스핀들에 연결된 자동작동밸브가 순차적으로 개방되면서 MCC의 각 가공 스핀들에 공급되는 절삭유 압력값(압력측정값)이 설정된 압력값(압력설정값)과 거의 동일하게 유지됨을 확인할 수 있었다.

또한, 도 4는 본 발명에 따른 절삭유 공급장치에 연결되는 MCC의 가공 스핀들의 가동 댓수에 따른 절삭유 공급압력을 나타낸 것으로, 보이는 바와 같이, 가동되는 가공 스핀들 댓수가 증가하더라도 각 가공 스핀들에 공급되는 절삭유 압력은 일정하게 유지됨을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 절삭유 공급장치는 가동되는 가공 스핀들의 댓수에 따라 MCC 측으로 공급되는 절삭유 공급압력을 필요한 만큼만 형성하고 일정하게 유지하여, 최적의 고효율 운전이 가능하게 된다.

1 : 절삭유 탱크
2 : 절삭유 공급펌프
3 : 가변모터
4 : 절삭유 공급펌프의 토출로(혹은 절삭유 배관)
5 : 압력센서
6 : 인버터
9 : 자동작동밸브

Claims

절삭유 탱크의 절삭유를 펌핑하여 토출하는 절삭유 공급펌프;
상기 절삭유 공급펌프의 토출로에서 절삭유 공급압력을 측정하는 압력센서;
상기 절삭유 공급펌프의 가동을 위한 가변모터;
상기 압력센서의 측정압력신호에 따라 상기 가변모터를 제어하여 상기 절삭유 공급펌프에서 토출되는 절삭유 토출압력을 가변 제어하는 인버터;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 절삭유 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 절삭유 공급펌프의 토출로에는 상호 병렬로 연결된 자동작동밸브들이 연결되고, 각각의 자동작동밸브는 MCC의 각 가공 스핀들에 연결되어 일정 압력의 절삭유를 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 절삭유 공급 장치.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 절삭유 공급펌프의 토출로에는 역류 방지를 위한 체크밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 절삭유 공급 장치.
절삭유 공급펌프의 토출로에 형성되는 절삭유 공급압력을 검출하여 측정압력신호를 형성하는 과정;
상기 측정압력신호를 설정압력신호와 비교하여 압력편차를 계산하고, 이 압력편차를 이용하여 가변모터의 회전 동작을 가변 제어하는 과정;
상기 가변모터의 회전 동작에 의해 절삭유 공급펌프의 절삭유 토출압력을 형성하는 과정;
을 통해 MCC 측으로 공급되는 절삭유 공급압력을 일정하게 유지하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 절삭유 공급 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 MCC 측으로 공급되는 절삭유 공급압력은 가공 스핀들의 가동 댓수에 따라 비례적분 제어 방식으로 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 절삭유 공급 방법.