FR2652029A1 - Methode et dispositif d'affutage automatique pour des lames coupe telles que celles utilisees dans les machines de coupe automatiques. - Google Patents
Methode et dispositif d'affutage automatique pour des lames coupe telles que celles utilisees dans les machines de coupe automatiques. Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'affûtage pour lame (22) de coupe allongée présentant un fil tranchant (23) caractérisé en ce qu'il comprend au moins une meule (34, 35) munie au moins en superficie, de matériau abrasif, ladite meule ayant un corps cylindrique doté d'une gorge (46) périphérique à profil en V, ladite meule étant montée en libre rotation autour d'un axe (TT) contenu dans un plan généralement parallèle au fil (23) de la lame (22) et perpendiculaire au plan médian (CXZ) de la lame, et ledit axe étant incliné d'un angle prédéterminé (P) par rapport à la normale (CY) au plan médian de la lame, ledit dispositif d'affûtage comprenant en outre des moyens (36) de mise en contact de la lame et de la meule et des moyens de déplacement relatif de la lame et de la meule (34; 35) dans dans une direction parallèle au fil de la lame.
Description
Il est connu d'utiliser des machines de coupe automatiques pour découper
des empilages de matières en forme de
feuilles telles que du tissu par exemple, en confection textile.
Ces machines sont généralement constituées d'une table de coupe sur laquelle est déposé l'empilage de matière (dénommée communément matelas), d'un ensemble mobile consistant en une poutre disposée transversalement au-dessus de la table et coulissant sur des guides longitudinaux, d'un chariot de coupe coulissant le long de la, poutre, d'une tête de coupe fixée sur le chariot de coupe. Les différents éléments mobiles sont motorisés par des servo-moteurs par exemple, et reçoivent des ordres d'une commande numérique. On peut ainsi déplacer la tête de coupe en n'importe quel point de la table de coupe et suivant des trajectoires établies auparavant. La tête de coupe consiste généralement en un mécanisme permettant de faire vibrer verticalement une lame affûtée, lequel mécanisme peut monter et descendre de facon à faire pénétrer ou dégager la lame à l'endroit voulu dans le matelas. La lame peut tourner autour de son axe vertical. La rotation est asservie de façon à ce que la lame
reste toujours correctement orientée par rapport à la trajectoire.
Afin que la lame puisse couper tous les plis du matelas, il est nécessaire que la lame pénètre dans la table de coupe, qui comporte
donc un revêtement à cet effet.
Au fur et à mesure de la découpe, la lame perd son pouvoir tranchant. Il est donc nécessaire de la réaffûter régulièrement, le temps entre deux affûtages dépendant essentiellement du caractère abrasif de la matière découpée. Cet affûtage doit être automatisé pour ne pas perturber le cycle de fonctionnement automatique de la machine de coupe. Il existe pour cela plusieurs solutions dont certaines sont employées depuis très longtemps sur les couteaux électriques manuels utilisés en confection (dénommés "tip-top"): bandes abrasives ou petites meules cylindriques rotatives. Les performances de ces affûteurs sont relativement limitées. Plus particulièrement, on leur reproche leur encombrement trop important et leur vitesse d'affûtage trop lente. D'autre part, ils nécessitent toujours une motorisation de l'élément abrasif, que ce soit une meule ou un
ruban, ce qui complique le mécanisme.
L'objet de la présente invention concerne une méthode et un dispositif d'affûtage éliminant les inconvénients des dispositifs traditionnels en proposant les avantages suivants: - pas besoin de motorisation - rapidité d'affûtage - encombrement réduit - compensation automatique de l'usure qualité d'affûtage excellente
- pas de réglage précis à effectuer.
Suivant l'invention, le dispositif d'affûtage pour lame de coupe allongée présentant un fil tranchant caractérisé en ce qu'il comprend une meule munie au moins en superficie, de matériau abrasif, ladite meule ayant un corps cylindrique doté d'une gorge périphérique à profil en V, ladite meule étant montée en libre rotation autour d'un axe TT contenu dans un plan généralement parallèle au fil de la lame et perpendiculaire au plan médian CXZ de la lame, et ledit axe incliné d'un angle prédéterminé P par rapport à la normale CY au plan médian de la lame, ledit dispositif d'affûtage comprenant en outre des moyens de mise en contact de la lame et de la meule et des moyens de déplacement relatif de la lame et de la meule dans une direction parallèle au
fil de la lame.
Pour créer le mouvement relatif de la lame par rapport à la meule, il existe deux façons de procéder. La première consiste à maintenir la lame fixe, en position haute et à déplacer la meule, tout d'abord suivant un mouvement horizontal pour venir au contact de la lame et ensuite un mouvement vertical pour la déplacer le long du tranchant de la lame. On peut réaliser un cycle automatique
permettant plusieurs passages jusqu'à obtenir l'affûtage correct.
La seconde façon consiste à l'inverse de la première, à conserver
la meule fixe en hauteur et à déplacer la lame devant la meule.
L'une ou l'autre solution sera choisie en fonction de la conception
de l'ensemble de la tête de coupe.
L'affûtage se fait selon le principe suivant: le fil tranchant de la lame est mis au contact des arêtes extérieures de la gorge de la meule. Du fait de l'inclinaison de la meule, les contacts se font sur les deux flancs opposés de la lame. Le déplacement relatif entre la lame et la meule crée, par frottement, la rotation de la meule. Les grains abrasifs de la meule usinent alors la lame suivant des trajectoires inclinées par rapport au fil tranchant d'o l'affûtage. Au fur et à mesure de l'affûtage, la lame s'use et progresse en direction de l'intérieur de la gorge
de la meule.
Le dimensionnement de la meule dépend de plusieurs éléments dont les principaux sont les suivants: - angle d'affûtage de la lame de coupe longueur de la zone à affûter - encombrement maximal à ne pas dépasser amplitude du mouvement vertical relatif de la meule et
de la lame.
Tous les autres paramètres se déduisent les uns des autres. On s'aperçoit qu'il existe en fait une infinité de solutions. La solution retenue sera un compromis respectant les
différentes contraintes.
L'invention sera maintenant décrite en détail en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue de côté d'une machine de coupe, équipée d'un dispositif d'affûtage selon la présente invention, la figure 2 est une vue latérale prise suivant la flèche 2-2 à la figure 1, - la figure 3 est une vue latérale analogue à celle de la figure 2, illustrant le processus d'affûtage, - la figure 4 est une vue latérale analogue à celle de la figure 2, illustrant une variante du dispositif d'affûtage, - la figure 5 est une vue de face d'une partie de lame et d'une meule d'affûtage selon l'invention, - la figure 6 est une vue en coupe horizontale prise suivant la ligne 6-6 à la figure 5, - et la figure 7 est une vue schématique en perspective
illustrant les relations géométriques entre la lame et la meule.
La machine de coupe illustrée à la figure 1 comprend une table fixe 10, disposée sur un bâti non représenté, et destinée à recevoir des matériaux en forme de feuille, ou matelas 12, en vue
de leur coupe suivant un tracé prédéterminé.
Au-dessus de la table est disposée une poutre 14, montée en déplacement longitudinal sur la table 10, et entrainée par des moyens non représentés, dans le sens droite-gauche à la figure 1 symbolisé par la flèche L. Sur la poutre 14 est monté un chariot 16 qui se déplace le long de la poutre, à l'aide de moyens non représentés, en direction transversale par rapport à la table, dans le sens avant-arrière à la figure 1, soit le sens droitegauche à la figure 2, symbolisé par la flèche T. Un bloc 18 porte-lame est monté latéralement sur le chariot 16, par l'intermédiaire de chemins de déplacement 20 verticaux, afin de pouvoir se déplacer verticalement sur le chariot, donc par rapport à la table 10, comme illustré par la flèche H à la figure, par des moyens d'entraînement non représentés. Le bloc porte-lame contient un organe de préhension 21 pour une lame de coupe 22 verticale, des moyens pour imprimer à la lame un mouvement vibratoire dans le sens vertical symbolisé par la double flèche V, et des moyens pour imprimer à la lame un mouvement de rotation autour d'un axe vertical comme symbolisé par la flèche
R.
Cette rotation de la lame a pour but de maintenir constamment le fil de la lame orienté suivant la tangente à la trajectoire imposée par les organes d'entraînement longitudinal et transversal associés à la poutre 14 et au chariot 16
respectivement.
La face supérieure de la table est garnie d'une couche 24 de matériau souple et pénétrable, par exemple un tapis brosse, que la pointe de la lame 22 peut pénétrer afin de permettre la coupe
du matelas 12 sur toute son épaisseur.
Sous le chariot 16 est disposé un pied presseur 26 mobile verticalement entre une position relevée, illustrée en pointillé, à une certaine distance de la table 10 pour permettre la mise en place ou l'enlèvement de matériau 12 sur la table 10, et une
position abaissée en contact avec le matériau posé sur la table.
Ce pied presseur 26 a une double fonction. La première fonction est de venir presser le matelas 12 autour de la lame 22 pour empêcher au matelas de suivre les mouvements de vibration verticale de la lame. La deuxième fonction est de guider correctement la lame 22 au plus près du matelas 12 de façon à éviter les flexions de la lame 22 dues aux efforts de coupe horizontaux. Le déplacement du pied presseur 26 entre ses positions relevée et abaissée est assuré par des guides 28 et un organe
moteur non représenté.
Pour permettre un affûtage simple et rapide de la lame sans notablement interrompre le processus de coupe, il est prévu, conformément à l'invention de monter sur le chariot 16 un dispositif d'affûtage 30 constitué de la manière suivante: Une platine 32 est fixée au chariot 16 sur un côté de la lame 22. Une meule d'affûtage 34 est montée mobile en regard de la lame 22 et peut être éloignée ou rapprochée de celle-ci grâce à un
organe moteur, par exemple un vérin 36 comme représenté.
Dans ce mode de réalisation, il est prévu deux meules 34, d'affûtage disposées l'une au-dessus de l'autre et montées folles sur un palonnier 38 à l'extrémité de la tige de vérin 36 afin d'assurer que les meules 34, 35 soient toutes deux
correctement en contact avec la lame 22.
La structure et la disposition des meules seront décrites en détail plus loin. Comme illustré à la figure 3, à intervalles réguliers on provoque l'affûtage de la lame 22 de la manière suivante: - on stoppe les déplacement longitudinaux et transversaux de la poutre 14 et du chariot 16, - on stoppe la vibration (V) verticale de la lame 22, - on fait pivoter (R) la lame 22 jusqu'à amener le fil 23 de celle-ci face aux meules 34, 35 d'affûtage, - on amène les meules 34, 35 en contact avec le fil 23 de la lame 22, - on fait effectuer à la lame 22 au moins une course verticale (H) d'amplitude désirée, en descendant ou en montant le bloc porte-lame 18 par rapport au chariot 16, afin d'affûter la lame 22 sur une longueur désirée à partir de sa pointe 21, - on éloigne les meules 34, 35 de la lame 22, - on redescend la lame 22 dans le matériau 12 à couper, on redémarre la vibration verticale (V) de la lame 22,
- on redémarre les déplacements longitudinaux et trans-
versaux de la poutre 14 et du chariot 16.
Comme illustré à la figure 4, on peut prévoir en variante que la lame 22 reste fixe au cours de l'affûtage, et que les meules
34, 35 se déplacent verticalement.
A cet effet, la platine 32 et le vérin 35 de déplacement des meules 34, 35 sont montés mobiles le long de guides 40 verticaux du chariot 16, sous la commande d'un organe moteur, par
exemple également un vérin 42.
Lorsque les lames 22 sont relativement fines et susceptibles de fléchir de façon importante sous le contact des meules 34, 35, on prévoira avantageusement de disposer contre la lame et à l'opposé des meules une butée arrière 44 contre laquelle
la lame vient prendre appui, ce qui l'empêche de fléchir.
Comme illustré à la figure 2, il pourra s'agir d'une butée simple à portée plane réalisée en matériau résistanc à l'usure, contre laquelle le chant de la lame 22 opposé au fil 23
vient glisser au cours de l'affûtage.
Selon une variante non représentée, cette butée pourra
être réalisée sous la forme d'un galet.
Dans le cas de la variante de la figure 4, il conviendra de monter la butée arrière 44 sur un support mobile verticalement
conjointement avec la platine 32 et le vérin 36 porte-meules.
Comme illustré schématiquement à la figure 5, chaque meule 34 (35) a la forme d'un cylindre aplati et comporte une gorge 46 en V à sa périphérie. Elle est montée de façon à ce que son axe TT soit incliné par rapport à l'horizontale. Ainsi, lorsque la meule est rapprochée de la lame 22, elle vient en contact avec les flancs opposés 48, 50 de part et d'autre du fil 23 de la lame en deux points B, B' écartés verticalement des arêtes latérales de
la gorge.
La meule 34 (35) est réalisée de façon à comporter des grains abrasifs au moins en surface au niveau des arêtes extérieures de la gorge 46. Pour ce faire, on pourra soit réaliser une meule dans un matériau contenant des grains abrasifs dans un liant, soit fixer par toute méthode appropriée un revêtement contenant des grains en abrasifs en surface d'une ébauche en
matériau non abrasif.
Grâce au mouvement relatif vertical de la lame 22 et de la meule 34 (35), celle-ci est entraînée en rotation et exerce sur la lame un usinage par les grains abrasifs au niveau des zones de contact suivant des trajectoires inclinées par rapport au fil 23 ce
qui réalise l'affOtage.
On exposera maintenant la méthode de calcul permettant un dimensionnement optimal de la meule 34 (35) pour une lame 22 de
dimensions données.
Si l'on se reporte à la perspective schématique de la figure 7, le point C correspond au centre de la meule; l'axe CX est l'axe horizontal qui coupe le cercle de fond de gorge 46 et le fil 23 de la lame en un point D, l'axe CY est l'axe horizontal perpendiculaire au précédent; l'axe CZ est l'axe vertical passant par le centre C; le plan CXZ représentant donc le plan médian de la lame 22. L'axe TT de la meule 34 est contenu dans le plan CYZ
et fait un angle P avec l'axe CY.
La gorge en V définit un cercle 52 de fond de gorge de rayon Ri et deux arêtes 54, 56 circulaires de rayon R et distantes d'une distance a, le fil 23 de la lame 22 faisant contact avec l'une et l'autre des arêtes en deux points B et B' distants
verticalement d'une distance e.
Le point B se projette sur l'axe CZ en un point A distant du centre C d'une distance e/2 et sur l'axe TT en un point G
distant du centre C d'une distance a/2.
Le tronc de cône définissant la paroi de gorge sur laquelle se trouve le point B a pour sommet un point E sur l'axe TT, à une distance b du centre C. Ce point E se projette dans un plan horizontal contenant la droite AB en un point F. Le point H est situé à l'intersection de la génératrice EB et du cercle 52 de fond de gorge et le point J est la
projection du point H sur le segment BF.
On appelle Q le demi-angle d'ouverture de la gorge 46, Xt la distance horizontale entre l'axe CE et le fil 23 de la lame; Ri le rayon du cercle 52 en fond de gorge; Qa le demi-angle apparent de la gorge 46 de la meule, vu verticalement par la lame 22; et N
le demi-angle de coupe de la lame 22.
1 - Relation entre les dimensions de la meule: D'après le trapèze rectangle (CGBH) on a la relation a 1
GB = CH+ --- ---
2 Tg Q a soit R = Ri+ -.... (1) 2 Tg Q 2 - Distance entre les deux points de contact du fil de la lame D'après le triangle ACG CG / AC = sin P soit a = e sin P (2) 3 - Distance entre le fil de lame et l'axe vertical: D'après les triangles ABC et BCG
B2 A2 +A2 2 2
CB2 = AB2 + AC2 = GB + CG
soit Xt2 + (e/2)2 = (a/2)2 + R2 et en y remplaçant a par e sin P d'après la relation (2):
1/2
Xt = ( R2 - (e/2 cos p)2)(3) 4 - Angle apparent de la gorge Dlaprès le triangle BGE GE = GB tg Q soit a/2 + b = R tgQ ou b = R tg Q - a/2 Dans le triangle ABF, AF = b cos P AF b cos P
et tg Qa = -- = -------
Xt Xt d'o, en y reportant l'expression de b donnée par la relation (3): tg Qa = (R tg Q - a/2) cos P/Xt (4) - Conditions à remplir pour un bon fonctionnement: 1) Le demi-angle de coupe de la lame doit être inférieur à l'angle apparent de la gorge: soit N < Qa (5) 2) Le fil de la lame ne doit pas être au contact du fond de la gorge, soit Xt > Ri (6) 6 - Exemple numérique: Nous prenons ici des valeurs numériques correspondant à
un cas concret.
Dans un premier temps, on se fixe arbitrairement des dimensions de meules compatible avec l'environnement disponible. On effectue ensuite tous les calculs avec ces valeurs: en fonction des résultats obtenus, on peut légèrement modifier certaines valeurs et refaire le calcul jusqu'à obtenir les valeurs satisfaisantes. Ainsi pour notre exemple, on prendra:
N = 15
P = 15
e = 24 mm R = 17 mm d'après (2), on déduit: a = 24 x sin 15 = 6,2 mm a = 6,2 mm d'après (3), on calcule Xt Xt = 12,4 mm d'après (5) N < Qa ou encore tg N < tg Qa La condition devient donc, en se servant de (4): (R. tg Q - a/2).cos P
tg N < ---------------------
Xt d'o l'on extrait: I tg N Xt a tg Q > - ( ------- + -), soit tg Q > 0, 384 ou encore Q > 21 R cos P 2 d'après (6), Xt > Ri a
d'après (1), Ri = R - ------
2.tg Q a
donc Xt > R - -------
2. tg Q ou encore, a tg Q < -------, d'o tg Q < 0,674 2.(R - Xt) soit Q < 34 l'angle Q est donc borné par:
21 < Q < 34
Afin d'avoir une durée d'utilisation de la lame maximale, on a intérêt à ce que la différence (Xt - Ri) soit la plus grande
possible, ce qui revient à choisir Q plus proche de 21 que de 34 .
On prendra par exemple Q = 22,5 On peut alors calculer Ri = 9,5 mm Les dimensions exactes de la meule sont alors R = 17 mm a = 6,2 mm
Q = 22,5
Ri = 9,5 mm
P = 15
Lors de l'affOtage, la lame 22 s'enfonce légèrement dans la gorge 46 mais le fil 23 reste théoriquement à la distance Xt de l'axe OZ. De fait, comme les arêtes de la gorge 46 subissent une légère usure, on constate en pratique une légère diminution de cette distance Xt au fur et à mesure de l'utilisation, mais qui n'est pas gênante puisque l'on choisit des valeurs telles que
Xt - Ri soit le plus grand.possible.
L'intérêt de disposer deux ou plusieurs moules dans le sens du fil est de permettre un affOtage sur une longueur suffisante tout en réduisant l'amplitude du déplacement relatif de
la lame.
Ces meules seront portées par un nombre approprié de palonniers.
Claims (8)
1. Dispositif d'affûtage pour lame (22) de coupe allongée présentant un fil tranchant (23) caractérisé en ce qu'il comprend au moins une meule (34, 25) munie au moins en superficie, de matériau abrasif, ladite meule ayant un corps cylindrique doté d'une gorge (46) périphérique à profil en V, ladite meule étant montée en libre rotation autour d'un axe (TT) contenu dans un plan généralement parallèle au fil (23) de la lame (22) et perpendiculaire au plan médian (CXZ) de la lame, et ledit axe étant incliné d'un angle prédéterminé (P) par rapport à la normale (CY) au plan médian de la lame, ledit dispositif d'affûtage comprenant en outre des moyens (36) de mise en contact de la lame et de la meule et des moyens de déplacement relatif de la lame et de la meule (34; 35) dans dans une direction parallèle au fil de
la lame.
2. Dispositif d'affûtage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux meules (34, 35)
juxtaposées dans la direction du fil (23) de la lame.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux ou plusieurs meules sont portées par un ou plusieurs palonniers.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1
à 3, caractérisé en ce que les moyens de déplacement relatif de la lame (22) et de la meule (34; 35) comprennent un moyen de déplacement de la lame dans la direction de son fil (23) face à une
meule fixe.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1
à 3, caractérisé en ce que les moyens de déplacement relatif de la lame (22) et de la meule (34; 35) comprennent un moyen de déplacement (42) de la meule (34; 35) dans la direction du fil
(23) de la lame.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1
à 5, caractérisé en ce qu'il est porté par un chariot (16), au voisinage d'un bloc (18) porte lame doté de moyens d'orientation en rotation de ladite lame et de moyens d'entraînement du bloc
porte-lame dans le sens longitudinal de la lame (22).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1
à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une butée arrière (44) du
côté de lame (22) opposé à ladite meule (34; 35).
8. Procédé d'affOtage pour lame (22) de coupe allongée présentant un fil tranchant (23) caractérisé en ce qu'elle comprend les étapes consistant à: - arrêter des mouvements de vibration (V) de la lame (22) - amener par rotation le fil (23) de la lame en regard d'un dispositif d'affOtage comprenant une meule munie au moins en superficie de matériau abrasif et ayant un corps cylindrique doté d'une gorge (46) périphérique à profil en V, montée en libre rotation autour d'un axe (TT) incliné d'un angle prédéterminé (P) par rapport à la normale au plan de la lame, - amener ladite meule (34; 35) en contact avec le fil (23) de la lame, - déplacer relativement le meule et la lame dans la
direction longitudinale de la lame.
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