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공작기계 냉각시스템의 에너지 절감 알고리즘
Energy Saving Algorithms for Cooling Systems in Machine Tools 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.32 no.4, 2015년, pp.345 - 351  

김태정 (단국대학교 기계공학과) ,  김태호 (단국대학교 기계공학과) ,  지성철 (단국대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Machine tools usually consume more energy in cooling systems than in spindle motors. This is largely because circulation pumps in the cooling systems are continuously powered to measure the temperature of spindle motors. In this paper, energy saving algorithms are proposed, which modify this behavio...

주제어

#공작기계   #냉각시스템   #에너지 절감 알고리즘  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 냉각 관련 장치 중 주축 냉각시스템의 소프트웨어적인 소비에너지 절감 방안을 제시한다.
  • 본 장에서는 예측 불가능한 요인에 의해 발생한 비가공시간 동안 개별 장치가 가공준비상태를 유지하며 소비에너지를 절감할 수 있는 방안을 제시한다. 비가공시간 동안 주축이 작동하고 있지 않다면 자연냉각에 의해 냉각되므로, 가공준비상태를 유지하기 위해 예열이 필요하다.
  • 비가공시간 동안 주축이 작동하고 있지 않다면 자연냉각에 의해 냉각되므로, 가공준비상태를 유지하기 위해 예열이 필요하다. 주축을 저속으로 작동시켜 윤활유를 공급한 후 고속으로 작동시킴으로써 열변형에 의한 가공오차를 방지하는 것이 예열작업의 목적이다.

가설 설정

  • Pf 는 주축의 회전수에 의존하는데 측정에 의하면 해당 기계의 주축이 1000 rpm으로 회전 시약 50 W로 나타났다. 모터 저항에 의한 열발생률 PR 은 식(8)과 같이 표현된다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
산업기계의 에너지 절감 기술을 확보하는 것이 필요한 이유는 무엇인가? 2에 나타낸 바와 같이 국내 산업용 에너지 가격이 2000년도 이후 상승하고 있고 앞으로도 상승세가 지속될 것으로 전망된다.4 에너지 가격의 상승은 제조 원가 상승의 직접적 원인으로 작용하므로 국내 제조업의 가격경쟁력을 유지하기 위하여 산업기계의 에너지 절감 기술을 확보하는 것이 필요하다.
머시닝센터의 에너지 소비 효율을 향상시키기 위해 제시되고 있는 방안에는 무엇이 있는가? 3에 나타낸 Mori Seiki사의 머시닝센터 소비에너지 분석자료에 의하면,5 냉각 관련 장치의 에너지 소비수준이 약 54%로 절삭에 소비되는 10% 수준보다 높은 것으로 나타나, 냉각 관련 주변장치의 에너지 소비 수준을 낮출 필요가 있음을 알 수 있다. 하드웨어 자체의 에너지 효율을 향상시키는 방안과,6 소프트웨어적으로 에너지 관리 시스템을 도입하는 방안이5,7-9 머시닝센터의 에너지 소비 효율을 향상시키기 위한 방안으로 제시되고 있다.
머시닝센터 냉각시스템의 소비에너지를 절감할 수 있는 알고리즘 중 작업 대기 시 냉각수의 온도를 사용하는 알고리즘의 장단점은 무엇인가? 기존 냉각시스템 내 순환펌프가 냉각을 위한 목적 외에 온도 측정을 위해 지속적으로 동작하여 낭비하는 에너지를 절감할 수 있도록 알고리즘이 구성되었다. 제시된 알고리즘 중 작업 대기 시 냉각수의 온도를 사용하는 알고리즘은 주축의 온도를 측정하기 위해 냉각이 필요 없을 때에도 순환펌프를 주기적으로 작동시켜야 하는 단점이 있지만, 냉각시스템의 설계를 변경하지 않아 기존 머시닝센터를 소프트웨어적으로만 변경하여 사용할 수 있게 하는 장점이 있다.
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참고문헌 (12)

  1. Today Energy, "Advancement of Carbon Labelling in Korea," http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno99867 (Accessed 3 March 2015) 

  2. Han, J., "Carbon Regulations in EU," Newspaper for Environmental Management, No. 146, 2012. 

  3. Cha, J. H., "Statistics of Electric Power in Korea," KEPCO, Vol. 81, pp. 122-123, 2012. 

  4. KEPCO, "Electric Rates Table," http://cyber.kepco.co.kr/ckepco/front/jsp/CY/E/E/CYEEHP00301.jsp (Accessed 3 March 2015) 

  5. Oda, Y., Kawamura, Y., and Fujishima, M., "Energy Consumption Reduction by Machining Process Improvement," Procedia CIRP, Vol. 4, pp. 120-124, 2012. 

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  6. Lee, S.-W., Yeom, H.-K., Lee, H. K., and Park, K.-J., "Design of an Energy Saving Oil Cooler System using Hot Gas," Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 11, No. 3, pp. 375-380, 2010. 

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  7. Siemens, "Energy-Efficient Machine Tools Are Economical and Productive with Sinumerik Ctrl-Energy from Siemens," http://www.siemens.com/press/pool/de/pressemitteilungen/2011/drive_technologies/IDT2011073038e.pdf (Accessed 3 March 2015) 

  8. Schischke, K., Hohwieler, E., Feitscher, R., Konig, J., Nissen, N. F., et al., "Energy-Using Product Group Analysis-Lot 5: Machine Tools and Related Machinery," http://www.ecomachinetools.eu/typo/reports.html (Accessed 3 March 2015) 

  9. Abele, E., Sielaff, T., Schiffler, A., and Rothenbucher, S., "Analyzing Energy Consumption of Machine Tool Spindle Units and Identification of Potential for Improvements of Efficiency," Globalized Solutions for Sustainability in Manufacturing, pp. 280-285, 2011. 

  10. Kim, T., Kim, T., and Jee, S., "Standby Strategies for Energy Saving in Peripheral Equipment of Machine Tools," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 30, No. 5, pp. 486-492, 2013. 

    원문보기 상세보기 crossref

  11. Kim, T., Kim, T., and Jee, S., "Autonomous Warm-Up Management Algorithm for Energy-Saving in Machine Tools," Proc. of KSPE Spring Conference, p. 1090, 2014. 

  12. Kim, T., Kim, T., and Jee, S., "Prediction of Spindle Temperature Behavior for Energy-Saving in Machining Centers," Proc. of KSPE Autumn Conference, p. 5, 2014. 

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