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SYSTEME DE COUPE TANGENTIELLE AUTOMATIQUE La présente invention s'inscrit dans le domaine de la coupe longitudinale, aussi appelée refendage, de matériaux flexibles, tels que papier, non-tissé, film plastique ou fibres de verre. Elle concerne plus particulièrement un système de coupe tangentielle à vitesse élevée.
Mécaniquement, une unité de coupe est composée d'une lame et d'une contre-lame, toutes deux circulaires et montées sur leur support respectif. Le couteau est l'ensemble formé par la lame et son support. La contrelame et son support éventuel sont appelés contrecouteau. L'ensemble constitué d'un couteau et de son contre-couteau porte le nom d'unité de coupe. L'ensemble des unités de coupe d'une machine constitue un système de coupe. La coupe tangentielle signifie que la feuille est tangente au contre-couteau, à l'endroit de la coupe.
Le domaine de la coupe longitudinale est en perpétuelle évolution. Les constructeurs augmentent sans cesse les performances de leurs systèmes de coupe pour s'adapter à la diversification continuelle des produits et pour permettre d'augmenter la précision et les vitesses de coupe.
Les systèmes de coupe comprennent soit des contrecouteaux à motorisation indépendante, soit des anneaux de coupe montés sur un arbre traversant.
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Sur les machines appartenant aux nouvelles générations, les problèmes les plus fréquents sont liés à la précision, la vitesse et la facilité de positionnement aux largeurs désirées, à la sécurité d'utilisation, ainsi qu'à l'obtention de largeurs de coupe très étroites.
S'il est aisé de répondre séparément à chacun des problèmes énumérés ci-dessus, il est nettement moins évident de développer des systèmes de coupe présentant une solution globale adéquate. Ces problèmes sont explicités brièvement ci-après.
1) Précision et vitesse de positionnement Le positionnement est l'opération de réglage des largeurs de coupe. Sur la plupart des machines encore en fonctionnement, le positionnement s'effectue manuellement. Cette opération est relativement lente et la précision que l'on peut obtenir est limitée. La dextérité de l'opérateur intervient pour beaucoup dans la qualité du positionnement.
Si la vitesse de positionnement ne revêt pas trop d'importance lorsque le nombre de couteaux est peu élevé (3 à 5 couteaux), son importance devient déterminante lorsque le nombre de couteaux sur une machine atteint 40, voire même 60 unités. Dans ces cas il n'est pas rare de devoir immobiliser la machine pendant plusieurs heures pour repositionner les couteaux.
Dans le cas d'anneaux de coupe montés sur un arbre traversant, le positionnement des unités de coupe pour atteindre les largeurs de coupe désirées ne peut s'effectuer que manuellement.
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Pour ce faire, il est nécessaire d'ajuster les contrelames à la largeur souhaitée et avec les précisions requises. Pour des précisions inférieures à 1 mm, l'usage de calibre est indispensable.
En plus de ce réglage des contre-lames, il faut encore venir ajuster le couteau en face des contre-couteaux, ce qui constitue une opération supplémentaire. Il existe bien des systèmes de positionnement automatique lorsque les contre-couteaux sont entraînés avec leur moteur individuel, mais avec de tels systèmes, il n'est pas possible d'atteindre des largeurs de coupe fort étroites (habituellement f 200 mm).
L'opération de positionnement requiert dans presque tous les cas un ajustage séparé pour les couteaux et pour les contre-couteaux car ils ne sont pas reliés entre eux par une connexion mécanique.
2) Affûtage des contre-couteaux L'affûtage des contre-lames pose des problèmes plus particuliers lorsqu'on est en présence d'un cylindre rainuré ou d'anneaux de coupe. Dans ces cas, il n'est guère envisageable de sortir les contre-couteaux de la machine pour les affûter, car cette opération requiert beaucoup trop de temps. Dans les autres cas, il est possible de démonter aisément les contre-couteaux pour les remplacer par d'autres qui ont été affûtés en dehors de la machine.
Les contre-couteaux sont par conséquent affûtés sur machine. Cette solution entraîne à son tour un lot d'inconvénients, tels que :
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. la nécessité d'un outillage dédicacé à la machine pour affûter les contre-couteaux ; . des temps morts machines plus ou moins importants ; . la présence dans la machine de fines limailles métalliques résultant de l'opération d'affûtage.
Les opérations habituelles sur les couteaux, à savoir le réglage de la largeur de coupe (aux contre-couteaux), le remplacement des lames usées et diverses opérations de maintenance sont des interventions manuelles sur des éléments très coupants. Il en résulte malheureusement de nombreuses blessures aux mains pour les opérateurs. L'usage de gants adéquats peut réduire ce risque mais pas l'éliminer. De plus, le port de gants ralentit toutes ces opérations de réglage et d'ajustage des couteaux.
L'idéal est de limiter au maximum les opérations manuelles au niveau du système de coupe.
3) Largeur minimale de coupe Une caractéristique qui a pris aussi de plus en plus d'importance ces dernières années, est la largeur minimum de coupe. Cette distance minimale de coupe représente la distance la plus proche à laquelle il est possible de rapprocher les unités de coupe.
Lorsque des largeurs très étroites ( < 30 mm) sont nécessaires, on installe généralement des cylindres rainurés. La largeur minimum de coupe dépend principalement de la largeur des couteaux, car s'il est aisé d'obtenir des rainures fort rapprochées l'une de l'autre, il est nettement moins facile de construire des
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couteaux fort étroits.
Les anneaux de coupe permettent aussi de faibles largeurs de coupe, mais assorties des difficultés de réglage décrites ci-avant.
Dans le cas de la coupe tangentielle, le problème est d'obtenir des largeurs de coupe aussi faibles que possible, facilement réglables, ainsi qu'un remplacement aisé des contre-lames usées. Lorsque chaque contrecouteau est équipé de son propre moteur d'entraînement, les dimensions de ce dernier limitent très souvent la largeur minimale de coupe à 200 mm, ce qui est trop grand pour toute une série de produits. Les contrecouteaux à motorisation indépendante, même s'ils donnent de très bons résultats au niveau de la qualité de coupe, ne permettent donc pas d'obtenir de faibles largeurs de coupe.
L'invention apporte une solution globale aux problèmes évoqués plus haut et propose un système de coupe tangentielle à plusieurs unités de coupe indépendantes, qui permet d'atteindre à la fois une vitesse et une précision de positionnement élevées et des largeurs de coupe très faibles, inférieures à 200 mm.
Cet objectif est atteint par un système de coupe tangentielle tel que défini dans les revendications.
Le dessin ci-joint montre une vue en perspective, avec écorché, d'un système de coupe suivant l'invention. Sur ce dessin, les différents organes sont désignés comme suit :
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10 Bâti
11 Contre-couteau
12 Axe cannelé commun portant les contre-couteaux
13 Unité linéaire
14 Chariot
15 Vérin pneumatique
16 Contre-lame
17 Couteau
18 Porte-lame pneumatique à deux mouvements
19 Lame
20 Chariot pour couteau
21 Rail de guidage linéaire pour couteaux
22 Piston pneumatique pour la connexion entre cou- teau et contre-couteau afin d'assurer le déplace- ment simultané des deux éléments de l'unité de coupe
23 Chambre à air de blocage de position
24 Crémaillère
25 Bouton moleté
26 Règle graduée Les contre-couteaux 11 sont montés sur l'axe cannelé commun 12 qui peut être entraîné en rotation.
Les contre-couteaux peuvent coulisser le long de l'axe 12 et leur positionnement se fait automatiquement par l'unité de positionnement linéaire 13 sous la commande d'un dispositif de commande comprenant un servo-moteur ou un moteur pas-à-pas et un contrôleur numérique avec interface utilisateur et logiciels de commande. Le long de l'unité linéaire 13 coulisse le chariot 14 portant un vérin pneumatique 15 qui vient positionner chaque contre-couteau 11 de manière rapide et précise. Les couteaux 17 sont montés sur les chariots 20 capables de coulisser le long des rails de guidage 21 pourvus de roulements à billes.
Chaque couteau comporte un porte-
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lame 18 pneumatique à deux mouvements et une lame 19, un piston pneumatique 22 pour solidariser le couteau au contre-couteau associé afin de permettre le déplacement latéral simultané des deux éléments de l'unité de coupe et une chambre à air 23 pour bloquer simultanément toutes les unités de coupe. Un bouton de réglage moleté 25 coopérant avec une crémaillère 24 permet le déplacement manuel rapide, précis et aisé de chaque unité de coupe. La règle graduée 26 permet la mesure automatisée de la position des unités de coupe.
Les avantages de l'invention sur le plan de la coupe sont résumés ci-après.
Le système est capable d'atteindre une précision de positionnement de l'ordre de 0,1 mm. Il est possible de le prévoir sur des machines nouvelles ou de l'adapter sur des machines existantes jusqu'à 6 m de large. La vitesse de l'opération de positionnement est environ de 3 à 5 unités de coupe par minute.
Spécialement pour les machines requérant un grand nombre de couteaux, ainsi qu'une précision élevée, l'invention permet de diminuer le temps nécessaire pour modifier un set-up d'un facteur 5 à 8, tout en augmentant sensiblement la précision.
Les contre-lames pouvant facilement être démontées de la machine en retirant simplement l'axe cannelé, l'affûtage peut s'effectuer hors machine. L'emploi d'un arbre cannelé permet de combiner la facilité de remplacement des contre-lames, présentes dans le cas d'une motorisation individuelle des contre-couteaux, et d'obtenir de faibles distances minimales de coupe comparables à celles obtenues avec des anneaux de coupe.
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Le grand avantage sur le plan de la sécurité est la suppression de l'intervention manuelle sur les couteaux pour l'opération de positionnement, cette opération étant en effet entièrement automatisée. En effet, le piston pneumatique monté sur la tête du couteau permet de solidariser couteau et contre-couteau lors du positionnement. L'alignement entre la lame et la contrelame est ainsi assuré de manière permanente. Il n'est donc pas nécessaire de vérifier cet alignement manuellement avant de mettre les couteaux en service.
Une distance minimale de coupe faible jusqu'à 50 mm est obtenue grâce à des rails de guidage étroits et à l'axe cannelé pour assurer l'entraînement en rotation des contres-couteaux, ainsi qu'à un design approprié du système automatique de positionnement des couteaux pour qu'il n'y ait pas d'interférences avec cette largeur minimale de coupe.