KR20220114722A - 절삭유 온도 조절 장치 및 그에 의한 온도 조절 방법 - Google Patents

절삭유 온도 조절 장치 및 그에 의한 온도 조절 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절삭유 온도 조절 장치 및 그에 의한 온도 조절 방법에 관한 것이다. 절삭유 온도 조절 장치는 절삭유의 공급 조건에 따라 상태를 탐지하는 상태 탐지 유닛(11); 상태 탐지 유닛(11)으로부터 전송된 정보에 기초하여 절삭유를 냉각시키거나, 가열하는 냉/온 조절 유닛(13); 온도 조절이 된 절삭유의 유량을 조절하는 유량 조절 유닛(13); 및 공급되는 절삭유의 상태를 탐지하는 공급 탐지 유닛(14)을 포함한다.

Description

절삭유 온도 조절 장치 및 그에 의한 온도 조절 방법{An Apparatus for Regulating a Cutting Oil Temperature and a Method for Regulating the Temperature with the Same}
본 발명은 절삭유 온도 조절 장치 및 그에 의한 온도 조절 방법에 관한 것이고, 구체적으로 주변 환경 또는 가공 조건에 따라 절삭유의 온도를 적절하게 조절하는 절삭유 온도 조절 장치 및 그에 의한 온도 조절 방법에 관한 것이다.
금속 재료의 절삭 가공 과정에서 공구의 수명을 연장하거나, 가공 면을 깨끗하게 만드는 절삭유는 비수용성 절삭유와 수용성 절삭유로 분류될 수 있다. 절삭유는 공구의 마모를 감소시키고, 냉각 작용에 의하여 가공 정밀도가 향상되도록 하고, 녹 발생을 방지하는 기능을 가질 수 있다. 절삭 가공은 다양한 조건에서 이루어질 수 있고, 예를 들어 동절기 또는 하절기에 절삭 가공이 이루어질 수 있다. 서로 다른 환경 조건에 따라 절삭유의 온도가 달라질 수 있고, 동절기의 경우 절삭유의 공급이 시작되는 시점에 저온 상태로 인하여 점성이 높아져 절삭유의 초기 공급이 어려울 수 있다. 이를 방지하기 위하여 강제적으로 절삭유가 가열되어야 한다. 다른 한편으로 하절기의 경우 절삭유의 온도가 상승하여 냉각 효과가 낮아질 수 있고, 이를 방지하기 위하여 윤활유가 강제적으로 냉각될 필요가 있다. 그러나 이와 같은 과정은 수동적으로 이루어지고 이에 따라 작업 효율성 및 안전성이 감소한다는 단점을 가진다. 그러므로 절삭유의 온도를 자동으로 그리고 작업 조건에 맞도록 조절하는 방법이 개발될 필요가 있지만 선행기술은 이에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술 1: 특허공개번호 10-2008-0086613(현대자동차주식회사, 2008.09.26. 공개) 절삭유 온도 제어 시스템 선행기술 2: 특허공개번호 10-2019-0046551(현대위아 주식회사, 2019.05.07. 공개) 공작기계 절삭유의 온도조절장치
본 발명의 목적은 작업 환경 또는 작업 조건에 따라 공작 기계에 공급되는 절삭유의 온도가 자동으로 조절되도록 하는 절삭유 온도 조절 장치 및 그에 의한 온도 조절 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 절삭유 온도 조절 장치는 절삭유의 공급 조건에 따라 상태를 탐지하는 상태 탐지 유닛; 상태 탐지 유닛으로부터 전송된 정보에 기초하여 절삭유를 냉각시키거나, 가열하는 냉온 조절 유닛; 온도 조절이 된 절삭유의 유량을 조절하는 유량 조절 유닛(13); 및 공급되는 절삭유의 상태를 탐지하는 공급 탐지 유닛(14)을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 냉온 조절 유닛(13)은 절삭유 탱크(21)에 분리 가능하도록 부착되는 발열 시트(23) 또는 절삭유 탱크(21)의 내부에 배치되는 저항 가열 수단(24)을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가열 시트(23)는 발열 층(31) 및 자성 층(35)을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 절삭유의 온도 조절 방법은 절삭유가 공급되는 환경이 탐지되는 단계; 탐지된 환경 정보에 따라 절삭유 공급 조건이 설정되는 단계; 설정된 공급 조건에 따라 가열 또는 냉각 조건이 설정되는 단계; 설정된 가열 또는 냉각 조건에 따라 절삭유가 공급되는 단계; 공급되는 절삭유가 적정 수준에 있는지 여부가 판단되는 단계; 및 공급되는 절삭유의 유량이 조절되는 단계를 포함하고, 가열은 분리 가능한 면상 발열체의 의하여 이루어진다.
본 발명에 따른 절삭유 온도 조절 장치는 작업 환경 또는 가공 조건에 따라 절삭유의 온도를 적절하게 조절하여 공급하여 절삭유의 효과가 상승되도록 한다. 본 발명에 따른 온도 조절 장치는 가열 수단이 분리 가능한 구조를 가지는 것에 의하여 사용 편의성이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 절삭 온도 조절 방법은 자동 CNC 선반을 비롯하여 다양한 절삭, 연삭, 연마, 인발, 프레스 또는 압연과 같은 다양한 형태의 금속 가공유에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 절삭유 온도 조절 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 절삭유 온도 조절 장치가 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 온도 조절 장치에 적용되는 가열 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 절삭유의 온도 조절 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 절삭유 온도 조절 장치의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 절삭유 온도 조절 장치는 절삭유의 공급 조건에 따라 상태를 탐지하는 상태 탐지 유닛(11); 상태 탐지 유닛(11)으로부터 전송된 정보에 기초하여 절삭유를 냉각시키거나, 가열하는 냉온 조절 유닛(12); 온도 조절이 된 절삭유의 유량을 조절하는 유량 조절 유닛(13); 및 공급되는 윤활유의 상태를 탐지하는 공급 탐지 유닛(14)을 포함한다.
절삭유는 다양한 절삭, 연삭, 연마, 인발, 프레스 또는 압연과 같은 다양한 형태의 금속 가공유가 될 수 있지만 바람직하게 자동 CNC(Computer Numerical Control) 선반 작업 과정에서 공급되는 절삭유가 될 수 있다. 상태 탐지 유닛(11)에 의하여 외부 환경, 내부 환경 및 작업 조건이 탐지될 수 있다. 구체적으로 작동 탐지 유닛(15)에 의하여 가공 조건이 탐지될 수 있고, 예를 들어 공구 종류, 가공 방법, 소재 종류, 열 발생 수준과 같은 작동 조건이 탐지될 수 있다. 외부 탐지 유닛(16)에 의하여 외부 상태가 탐지될 수 있고, 외부 상태는 외부 온도, 습도 또는 이와 유사한 외부 환경 상태를 포함할 수 있다. 내부 탐지 유닛(17)에 의하여 절삭유가 저장된 내부 상태가 탐지될 수 있고, 예를 들어 내부 탐지 유닛(17)에 의하여 절삭유의 온도, 절삭유 공급 탱크의 내부 압력 또는 절삭유의 점도가 탐지될 수 있다. 외부 탐지 유닛(16) 및 내부 탐지 유닛(17)에 탐지된 정보가 상태 탐지 유닛(11)으로 전송되면 상태 탐지 유닛(11)은 작동 탐지 유닛(15)에 의하여 설정되는 작동 조건에 대한 정보와 함께 탐지 정보를 냉온 조절 유닛(12)으로 전송할 수 있다. 냉온 조절 유닛(12)은 상태 탐지 유닛(11)으로부터 전송된 정보에 기초하여 냉각기(18)를 작동시키거나, 히터(19)를 작동시킬 수 있다. 냉온 조절 유닛(12)은 냉각기(18) 또는 히터(19)의 작동 시간을 설정할 수 있고, 상태 탐지 유닛(11)으로부터 실시간으로 전달되는 탐지 정보에 기초하여 절삭유가 정해진 온도 범위에서 유지되도록 냉각기(18) 또는 히터(19)의 작동을 조절할 수 있다. 냉각기(18)은 절삭유 공급 탱크의 내부에 배치되거나, 절삭유 공급 탱크의 외부에 배치될 수 있고, 히터(19)는 절삭유 공급 탱크의 내부에 배치되거나, 절삭유 공급 탱크의 표면에 부착될 수 있다. 예를 들어 절삭유 공급 탱크로부터 배출되는 절삭유가 냉각기(18)를 경유하여 공정 과정에 공급될 수 있다. 냉각기(18) 또는 히터(19)는 다양한 방법으로 절삭유를 냉각 또는 가열시킬 수 있다. 냉각 또는 가열이 된 절삭유는 유량 조절 유닛(13)에 의하여 공급 수준이 조절될 수 있고, 공급되는 절삭유의 상태가 공급 탐지 유닛(14)에 의하여 탐지될 수 있다. 공급 탐지 유닛(14)은 공급되는 절삭유의 유량 및 온도를 탐지할 수 있고, 공급 탐지 유닛(14)에 의하여 탐지된 정보가 제어 모듈(C)로 전송될 수 있다. 제어 모듈(C)은 공급 탐지 유닛(14)으로부터 전송된 정보에 기초하여 공급되는 절삭유가 미리 결정된 범위에 있는지 여부를 판단하고, 판단 결과를 냉온 조절 유닛(12)으로 전송할 수 있다. 제어 모듈(C)에 의하여 절삭유의 공급, 상태 탐지 유닛(11)의 작동, 냉각기(18) 또는 히터(19)의 작동이 조절될 수 있다. 절삭유는 다양한 방법으로 공급될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 절삭유 온도 조절 장치가 적용된 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 냉온 조절 유닛(13)은 절삭유 탱크(21)에 분리 가능하도록 부착되는 발열 시트(23) 또는 절삭유 탱크(21)의 내부에 배치되는 저항 가열 수단(24)을 포함한다.
절삭유는 절삭유 탱크(21)에 저장될 수 있고, 절삭유 탱크(21)는 예를 들어 전체적으로 사각 박스 형상이 될 수 있고, 내부에 액체가 수용되어 저장될 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있다. 절삭유 탱크(21)는 예를 들어 스테인리스 스틸과 같은 소재로 만들어질 수 있고, 고정된 구조 또는 이동 가능한 구조를 가질 수 있다. 절삭유 탱크(21)의 위쪽 표면 또는 다른 표면에 면상 발열체(22a, 22b)가 설치될 수 있다. 면상 발열체(22a, 22b)는 표면의 내부에 내장되도록 배치되거나, 표면의 안쪽 면에 부착되어 절삭유 탱크(21)의 내부로 열을 전달할 수 있도록 설치될 수 있다. 각각이 띠 형상을 가지는 다수 개의 면상 발열체(22a, 22b)가 절삭유 탱크(21)의 표면에 길이 방향을 따라 연장되도록 배치될 수 있다. 다수 개의 면상 발열체(22a, 22b)가 전기적으로 서로 연결될 수 있고, 면상 발열체(22a, 22b)에 연결 전극(221a, 221b)이 형성될 수 있고, 연결 전극(221a, 221b)은 절삭유 탱크(21)의 외부로 돌출되도록 형성될 수 있다. 연결 전극(221a, 221b)에 외부 전력 공급 수단 및 공급 조절 수단이 연결되어 필요에 따라 면상 발열체(22a, 22b)에 전력이 공급되어 발열이 될 수 있다. 절삭유 탱크(21)의 표면에 분리 가능하도록 발열 시트(23)가 분리 가능하도록 부착될 수 있다. 발열 시트(23)는 예를 들어 탄소 섬유, 탄소 나노 튜브 또는 금속사로 만들어진 시트가 될 수 있고, 적절한 부착 수단에 의하여 절삭유 탱크(21)에 부착될 수 있다. 예를 들어 발열 시트(23)는 자성체 또는 접착 층에 의하여 절삭유 탱크(21)의 표면에 분리 가능하도록 부착될 수 있다. 발열 시트(23)는 전력 공급에 의하여 발열될 수 있고, 제어 모듈(26)의 제어에 의하여 발열 수준이 조절될 수 있다. 선택적으로 절삭유 탱크(21)의 내부에 저항 가열 수단(24)이 배치될 수 있다. 저항 가열 수단은 예를 들어 니크롬, 텅스텐 또는 이와 유사한 줄 열 발생을 위한 전기 저항체를 포함할 수 있고, 절삭유 탱크(21)의 내부에 잠기도록 배치될 수 있다. 저항 가열 수단(24)에 전력 공급을 위한 전극 단자가 절삭유 탱크(21)의 외부로 노출될 수 있고, 전극 단자에 전원이 연결되어 저항 가열 수단(24)이 발열될 수 있다. 냉각기(18)는 열교환기 구조가 될 수 있고, 냉매 공급 수단(181)에 의하여 공급되는 냉매의 기화에 따라 절삭유 탱크(21)의 내부에서 열 교환이 되어 절삭유가 냉각될 수 있다. 냉각기(18)는 절삭유 탱크(21)의 내부에 배치되거나, 절삭유 탱크(21)의 외부에 배치될 수 있다. 절삭유 탱크(21)에 공급 도관(211)이 형성될 수 있고, 공급 도관(211)에 냉각 수단(18a)이 배치되어 공급되는 냉각수의 온도가 조절될 수 있다. 절삭유의 냉각은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다. 공급 도관(211)에 유량 탐지 모듈(25)이 배치될 수 있고, 유량 탐지 모듈(25)에 의하여 공급 도관(211)을 통하여 배출되는 절삭유의 온도, 압력 및 점도가 탐지될 수 있다. 또한 냉각 수단(18a)에 의한 열 교환 수준이 탐지되어 유량 탐지 모듈(25)에 의하여 탐지된 정보와 함께 공급 탐지 유닛(14)으로 전송될 수 있다. 공급 탐지 유닛(14)은 전송된 정보를 제어 모듈(26)로 전송할 수 있고, 제어 모듈(26)은 전송된 정보에 기초하여 가열 수단 또는 냉각기(18)의 작동을 조절할 수 있다. 가열 수단 또는 냉각 수단의 조절은 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 온도 조절 장치에 적용되는 가열 모듈의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 가열 시트(23)는 발열 층(31) 및 자성 층(35)을 포함한다. 가열 시트(23)는 다양한 구조를 가질 수 있고, 예를 들어 폴리에스테르, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리에폭시 또는 폴리우레탄과 같은 베이스 기재(31)에 탄소나노튜브, 이와 유사한 금속 사, 금속 분말에 의하여 형성된 전도 패턴(32)을 포함할 수 있다. 또한 베이스 기재(31)의 내부에 니오븀 또는 이와 유사한 자성 소재의 분말로 형성된 자성 패턴(33_1 내지 33_K)을 포함할 수 있다. 전도 패턴(32)은 다수 개의 U-형상이 서로 연결된 구조가 형성될 수 있고, 전도 패턴(32)의 양쪽 끝에 공급 단자(311a, 311b)가 형성될 수 있다. 자성 패턴(33_1 내지 33_K)은 서로 분리된 다수 개의 선형 자석 띠로 이루어질 수 있다. 도 3의 아래쪽을 참조하면, 가열 시트(23)는 절삭유 탱크의 표면과 접촉되는 전달 층(34); 전달 층(34)의 위쪽에 형성되는 발열 층(31); 발열 층(31)의 위쪽에 형성되는 자성 층(35); 및 자성 층(35)의 바깥쪽 표면에 형성되는 단열 층(36)으로 이루어질 수 있다. 전달 층(34)은 열전달 계수가 높은 소재로 만들어질 수 있고, 발열 층(31)은 위에서 설명된 전도 패턴(32)을 포함할 수 있다. 자성 층(35)은 또한 자성 패턴(33_1 내지 33_K)을 포함할 수 있고, 휘어질 수 있는 특성을 가지면서 다양한 두께로 만들어질 수 있다. 발열 층(31)은 다양한 크기로 만들어져 절삭유 탱크의 표면에 부착될 수 있고, 공급 단자(311a, 311b)에 연결될 수 있는 어댑터 유닛이 만들어질 수 있다. 가열 시트(23)는 분리 가능하도록 절삭유 탱크의 표면에 부착될 수 있고, 적절한 전원이 공급 전극(311a, 311b)에 연결되어 전력이 공급될 수 있다. 저항 가열 수단(24)은 절삭유 탱크의 내부에 설치될 수 있고, 탱크의 내부에 배치되는 다수 개의 U 형상이 서로 연결된 선형 튜브 저항체(37)를 포함할 수 있다. 선형 튜브 저항체(37)는 다양한 도전성 소재로 만들어질 수 있고, 텅스텐 소재, 탄소 섬유 소재 또는 이와 유사한 소재로 만들어질 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 선형 튜브 저항체(37)의 양쪽 끝 부분에 전극 단자(37a, 37b)가 형성될 수 있고, 전극 단자(37a, 37b)는 절삭유 탱크의 외부로 노출될 수 있다. 외부로 노출된 전극 단자(37a, 37b)에 커넥터(38a, 38b)가 연결될 수 있고, 커넥터(38a, 38b)는 전원(39)에 연결될 수 있다. 전원(39)에 자동 연결 수단(391)이 결합되고, 자동 연결 수단(391)은 제어 모듈로부터 전달되는 신호에 따라 전원(39)을 작동시키거나, 중단시킬 수 있다. 저항 가열 수단(24)은 다양한 구조로 만들어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 절삭유의 온도 조절 방법의 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 절삭유의 온도 조절 방법은 절삭유가 공급되는 환경이 탐지되는 단계(P41); 탐지된 환경 정보에 따라 절삭유 공급 조건이 설정되는 단계(P42); 설정된 공급 조건에 따라 가열 또는 냉각 조건이 설정되는 단계(P43); 설정된 가열 또는 냉각 조건에 따라 절삭유가 공급되는 단계(P44); 공급되는 절삭유가 적정 수준에 있는지 여부가 판단되는 단계(P45); 및 공급되는 절삭유의 유량이 조절되는 단계(P46)를 포함하고, 가열은 분리 가능한 면상 발열체의 의하여 이루어진다.
절삭유는 공급 탱크에 저장될 수 있고, 공급 탱크의 외부 환경이 적절한 탐지 수단에 의항 탐지될 수 있다(P41). 탐지 수단에 의하여 탐지된 정보가 제어 모듈로 전송될 수 있고, 제어 모듈은 탐지된 환경에 기초하여 절삭유의 공급 조건을 설정할 수 있다(P42). 공급 조건에 따라 냉각 수단 또는 가열 수단의 작동 조건이 결정되어 냉각 수단 또는 가열 수단이 작동될 수 있다(P43). 이와 같이 냉각 수단 또는 가열 수단의 작동에 절삭유의 온도가 조절되면 유량 조절 유닛에 의하여 공급되는 절삭유의 유량이 조절되어 절삭유가 공급될 수 있다(P44). 공급 탐지 유닛에 의하여 실시간으로 공급되는 절삭유의 상태가 탐지되어 적정 수준에 있는지 여부가 판단될 수 있다(P45). 만약 적정 수준이 아니라면(NO), 가열/냉각 조건이 다시 설정될 수 있다(P43). 이에 비하여 적정 수준이라면(YES), 유량이 유지되거나 또는 조절되는 것과 같이 유량 조절이 될 수 있다(P46). 절삭유의 온도 조절은 사용 환경 및 작동 조건에 따라 다양한 방법으로 이루어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 상태 탐지 유닛 12: 냉온 조절 유닛
13: 유량 조절 유닛 14: 공급 탐지 유닛
18: 냉각기 19: 히터
21: 절삭유 탱크 23: 발열 시트
24: 저항 가열 수단 31: 발열 층
35: 자성 층 39: 전원

Claims (4)

  1. 절삭유의 공급 조건에 따라 상태를 탐지하는 상태 탐지 유닛(11);
    상태 탐지 유닛(11)으로부터 전송된 정보에 기초하여 절삭유를 냉각시키거나, 가열하는 냉/온 조절 유닛(12);
    온도 조절이 된 절삭유의 유량을 조절하는 유량 조절 유닛(13); 및
    공급되는 절삭유의 상태를 탐지하는 공급 탐지 유닛(14)을 포함하는 절삭유 온도 조절 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 냉온 조절 유닛(13)은 절삭유 탱크(21)에 분리 가능하도록 부착되는 발열 시트(23) 또는 절삭유 탱크(21)의 내부에 배치되는 저항 가열 수단(24)을 포함하는 절삭유 온도 조절 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 가열 시트(23)는 발열 층(31) 및 자성 층(35)을 포함하는 절삭유 온도 조절 장치.
  4. 절삭유의 온도 조절 방법에 있어서,
    절삭유가 공급되는 환경이 탐지되는 단계;
    탐지된 환경 정보에 따라 절삭유 공급 조건이 설정되는 단계;
    설정된 공급 조건에 따라 가열 또는 냉각 조건이 설정되는 단계;
    설정된 가열 또는 냉각 조건에 따라 절삭유가 공급되는 단계;
    공급되는 절삭유가 적정 수준에 있는지 여부가 판단되는 단계; 및
    공급되는 절삭유의 유량이 조절되는 단계를 포함하고,
    가열은 분리 가능한 면상 발열체의 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 절삭유의 온도 조절 방법.
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