Brevet FR2484897A1 — publié le 19811224

La présente invention se rapporte aux machines pour la coupe des matériaux et elle concerne plus particulière- ment un outil de coupe du type ciseau ou burin rotatif dans lequel de grandes forces de percussion importantes sont engendrées pendant les opérations de coupe. L'utilisation de machines à commande automatique pour le découpage de grandes quantités de pièces de forme donnée dans des matériaux en feuille, par exemple dans des tissus, A. partir desquels on fabrique des pièces de vêtements, d'habillage ou de capitonnage de meubles, des - éléments résistants ou d'autres articles, a obligé à réa- liser un outil de coupe dont le fonctionnement ne détériore pas la matière découpée et ne réduise pas la capacité de production de la machine à commande automatique. Ces machi- nes de coupe utilisent des dispositifs de coupe mécaniques, y compris les dispositifs du type couteau ou du type ciseau qui travaillent avec un mouvement alternatif. Dans les mé- canismes de coupe utilisant un outil de coupe du type cou- teau, une lame de coupe alternative effectue généralement une course dans une direction perpendiculaire à la matière en feuille pour pénétrer dans cette matière. en même temps que l'arête tranchante ou lame effectue un mouvement d'avance ou est guidée le long d'un trajet de coupe prédé- terminé par des organes de commande automatique. Dans ces dispositifs de coupe à mouvement alternatif, pendant un cycle de coupe, le vecteur vitesse de la lame de coupe présente une variation sinusoïdale qui comporte deux points d'annulation de la vitesse durant le cycle. La lame coupante atteint une vitesse nulle lorsqu'elle a été entièrement dégagée de. la matière en feuille et lorsqu'elle frappe la surface qui supporte cette matière en feuilles L'existence de ces deux points d'annulation de la vitesse au cours de chaque cycle a normalement pour effet que la vitesse de la matière est excessive dans la région de vitesse nulle, en raison de la faible vitesse de la lame de coupe et du déplacement du dispositif de support de la machine de coupe. Par exemple lorsqu'il s'agit de découper des matières plastiques et des matières composites telles que, par exemple, des matières pour chaussures ou des matières stratifiées à base de fibre de verre, les vitesses du mouvement alternatif des outils de. coupe engendrent dans la matière une chaleur suffisante pour provoquer un échauffement localisé et, par suite, le soudage par fusion des couches adjacentes de l'empilement de matière qu'il s'aait de découper. Lorsque la lame de coupe est entraînée de façon à pénétrer dans la matière en feuille puis à sortir de cette matière, il s'engendre sur cette lame une force résistante qui crée. une source de chaleur addition- nelle. Par ailleurs, le. mouvement alternatif de la lame de coupe provoque un déplacement de la matière en feuille coupée. En outre, l'échauffement localisé pose des pro- blèmes tels qu'une déformation thermique et une polymérisa- tion prématurée de la résine époxy de la matière stratifiée à.base de fibre de verre qui est découpée. En dehors du fait qu'il détériore la matière, le soudage par fusion des couches adjacentes de la-matière rend difficile la sépara- tion des pièces découpées au cours des phases consécutives de la fabrication au cours desquelles ces pièces dont, par exemple, assemblées A d'autres pièces découpées par couture ou par un autre.procédé. Il existe donc un besoin d'un outil de coupe pouvant être utilisé dans une machine pour le découpage de couches de matière, telle qu'une matière composite, qui supprime ou réduise considérablement l'échauffement localisé, sans qu'il en résulte une contamination partielle. En outre, il est nécessaire de déposer un outil de coupe qui ne crée ni effilochement des fibres, ni séparation des fibres, ni déplacement de la matière, pendant-l'opération de coupe. Il est également utile. de prévoir un outil de coupe dans lequel le dégagement de chaleur, pendant le cycle de coupe, soit réduit de manière à éviter le risque de polymérisation prématurée de la résine époxy et à supprimer-le risque d'adhérence de la matière à l'outil de coupe dû à la consis- tance poisseuse de larésine époxy. L'invention a donc pour but de réaliser un outil de coupe qui élimine pratiquement les problèmes que posaient jusqu'à présent les outils de coupe à mouvement alternatif, notamment l'échauffement localisé de la matière à découper, et la formation de coupes d'une qualité inaccep- table. Cette invention a pour objet un dispositif de coupe pour le découpage de matières en feuille, qui comprend un outil de coupe circulaire comportant une arête coupante qui s'étend le long de sa circonférence. Une structure de support supporte la matière en feuille. Un support d'ou- til de coupe est prévu pour supporter l'outil circulaire de manière qu'il tourne librement dans son support afin de rouler sur la surface de la matière en feuille lorsque la lame est en contact avec cette matière. Un mécanisme d'entraenement est relié au support de l'outil de coupe et imprime à cet outil une force verticale servant à. mettre la lame en prise, pour la coupe, avec la matière en feuille et ainsi a découper cette matière avec un minimum de dépla- cement vertical de. l'outil circulaire pendant l'opération de coupe, Suivant un autre. aspect de l'invention, une machine commandée automatiquement dans laquelle une matière en feuille. continue est étalée sur la surface porteuse d'une table tandis qu'un outil est porté par une poutre qui par- court la table en se déplaçant par rapport à sa surface, comporte un dispositif de coupe porté par la poutre. Le dispositif de coupe comprend un outil circulaire ayant une arête coupante qui s'étend le. long de sa circonférence. Une structure porteuse est prévue pour supporter l'outil de coupe circulaire de manière qu'il tourne librement dans la structure porteuse afin de rouler sur la surface de la matière en feuille lorsque son arête coupante est en contact avec cette matière en feuille. Un mécanisme d'entraînement est prévu pour imprimer une force verticale à l'outil de coupe circulaire afin de mettre l'arête cou- pante en prise, pour la coupe, avec la matière en feuille, et ainsi de cisailler la matière en feuille avec un déplace- ment vertical minimum de l'outil circulaire, ce qui réduit au minimum le dégagement de chaleur-pendant l'opération de coupe, Suivant un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé de découpage d'une matière en feuille supportée par une surface, à l'aide d'une lame coupante circulaire présentant une arete coupante, selon lequel on fait rouler la lame coupante circulaire sur la surface de -la matière en feuille. Le procédé consiste également à impri- mer des chocs périodiques à la lame coupante circulaire pendant que cette lame roule sur la surface de la matière en feuille, L'arête coupante de la lame circulaire s'appuie sur la surface porteuse pour couper la matière en feuille, de sorte que la surface porteuse arrête son mouvement. Pendant l'opération de coupe, le mouvement vertical de la lame coupante réduit au minimum le dégagement de chaleur. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, de modesde réalisation, représentés aux dessins annexes et donnés uniquement à titre d'exemples. Sur ces dessins: la Fig. 1 est une vue en perspective d'une machine à instrument commandé automatiquement qui utilise le dispositif de coupe du type ciseau rotatif de la présente invention; la Fig. 2 est une vue en élévation du dispositif de coupe représenté sur la Fig, 1; la Fig. 3 est une vue de face du dispositif de coupe de la Fig. 1; et la Fig,4 est une vue en élévation de côté d'un dis- positif de coupe du type ciseau rotatif, selon l'invention, qui est destiné à être utilisé à la main. La Fig.1 montre un dispositif de coupe du type ciseau rotatif suivant l'invention, qui y est désigné par la référence 10, Ce dispositif représenté est destiné à être utilisé sur une machine commandée automatiquement désignée dans son ensemble par la référence 12. La machine 12 peut être utilisée, comme représenté sur la Fig. l,pour découper une matière en feuille 14 supportée par une surfa- ce 16 d'une table désignée dans son ensemble par la réfé- rence 18, La table 18 peut être constituée par exemple, par une table à maintien par dépression ou électrostatique qui supporte la matière en feuille 14. La machine 12 comprend deux charisots longitudinaux et 22 qui sont montés à proximité de la table 18. Les chariots 20 et 22 portent une poutre, désignée dans son ensemble par la référence 24, qui supporte un chariot laté- ral, désigné dans son ensemble par la référence 26, de manière que ce chariot puisse coulisser par rapport à- elle. Le chariot 26 se déplace dans une direction transversale au mouvement des chariots 20 et 22 pour parcourir la table 18 dans une direction perpendiculaire au déplacement de ces chariots 20 et 22, ou suivant la coordonnée Y par rapport à la table 18. Les chariots 20 et 22 déplacent en même tamps la poutre 24 suivant la coordonnée X le long de la table 18. Le dispositif de coupe 10 est monté sur la pou- tre 24 à l'aide d'une ferrure 28 de façon à coulisser le long de cette poutre 24. La position du dispositif 10 est commandée par le fonctionnement de moteurs d'entraînement 30,32 et 34 qui reçoivent des ordres d'une calculatrice de commande (non représentée) laquelle contient des informations définis- sant la trajectoire qui doit être parcourue par le dis- positif 10, Ainst qu'on le décrira par la suite, le dis- positif 10 est soumis périodiquement à des chocs qui lui impriment un déplacement vertical suivant la coordonnée Z de sorte qu'il attaque la matière en feuille 14 et que son mouvement est arrêté par la surface 16 de la table 18, ce qui lui fait découper la matière en feuille 14. En se reportant simultanément aux Fig.2 et 3, on peut vDir que le dispositif de coupe 10 comprend une roue de coupe circulaire 40, qui présente une arête coupante 42. La roue 40 tourne librement dans une structure de support 46. Cette roue 40 est reliée à la structure 46 par un axe 48 de telle manière que tout déplacement vertical de la struc- ture 46 soit transmis à la roue circulaire de coupe 40. La structure de support 46 est reliée à un disposi- tif d'entraînement désigné dans son ensemble par la référence 50. Le dispositif d'entraînement 50 peut comprendre, par exemple, un vérin hydraulique 52 qui transmet une force verti- cale à la structure 46. Le vérin hydraulique 52 est commandé à partir d'une source d'alimentation en air 54, par l'inter- médiaire de tuyaux 56 et 58 et il est monté sur la ferrure 28 (Fig.l) au moyen d'organes 62 et 64. Il va de soi que le vérin hydraulique 52 n'est indiqué qu'à titre d'exemple et qu'on peut utiliser suivant l'invention tout mécanisme capable d'engendrer une force de choc et de transmettre cette force à la roue de coupe, circulaire, 40. On peut utiliser d'une façon générale des sources d'air comprimé, des dispositifs moteurs3lectriques ou mécaniques, ou d'au- tres moyens analogues pour engendrer une force de choc qui est alors transmise périodiquement à la roue de coupe, circulaire 40 de façon que l'arête coupante 42 attaque la matière en feuille 14. Une importante caractéristique de l'invention est que %a roue de coupe 40 n'est pas entraînée en rotation par un dispositif moteur mais qu'elle peut au contraire rouler librement sur la surface de la matière en feuille, la coupe se produisant lorsque l'arête coupante 42 est mise en contact de coupe avec cette matière en feuille 14, sous l'effet de forces de choc brèves mais fortes qui sont imprimées à la roue de coupe circulaire 40 dans la direction verticale et qui se traduisent par des déplacements verticaux de faible amplitude imprimés à cette roue 40 lorsque l'arête coupante 42 attaque la ma- tière en feuille 14. L'arête coupante 42 pénètre dans la matière en feuille 14 sans mouvement de retrait ni mouve- ment de translation alternative et elle est pressée -sur la surface 16 de la table 18 lorsqu'elle est retirée de la matière. en feuille 14. Le processus de coupe consistant & mettre l'arête coupante en prise avec la matière en feuille ne met en jeu qu'une faible quantité de travail puisque cette arête cou- pante 42 n'est pas attirée verticalement dans la matière en feuille 14 pour venir s'appuyer sur la surface 16 puis retirée de cette matière en feuille comme cela se produit avec les couteaux alternatifs classiques. Il en résulte qu'il ne se dégage.qu'une faible quantité de chaleur pen- dant l'opération de coupe, Etant donné que la roue de cou- pe, circulaire 40, roule continuellement sur la surface de la matière en feuille 14, la composante de vitesse nulle du couteau alternatif classique est supprimée, ce qui ré- duit a un minimum le mouvement relatif de la matière ainsi que la résistance sur l'arête coupante 42. La grande force de choc imprimée i la roue de coupe 40 découpe proprement la matière en feuille 14 pendant l'opération de coupe, pour produire des coupes de haute qualitéS qui sont lisses, sans effilochage de fibres ni séparation-résultante des couches. Par ailleurs, le fonctionnement du dispositif de coupe à ciseau rotatif 10 suivant l'inventionne déforme pas la matière en feuille 14 et ni ne lui imprime un dé- placement excessif pendant l'opération de coupe. Le diamètre de la roue de coupe 40 est choisi de manière que la valeur maximale de la tangente de l'angle de. contact entre la roue de coupe 40 et la matière en feuille 14, qui est indiqué par l'angle "a " sur la Fig, 2, soit inférieure au coefficient de frottement entre la ma- tière en feuille 14 et la surface 16 de la table 18. Ce diamètre garantit que la roue 40 puisse rouler librement sur la surface de la matière en feuille 14 sans faire glisser cette matière par rapport à la surface 16 de la table 18. La fréquence de percussion de la roue 40 dépend de la vitesse du dispositif de coupe 10 ainsi que de la nature de la matière en feuille 14 qu'il s'agit de-couper. Avec le dispositif de coupe du type ciseau rotatif 10 sui- vant l'invention, on peut utiliser des fréquences de per- cussion élevée, par exemple, des-fréquences de 100 à 150 chocs par seconde, En utilisant le ciseau rotatif de coupe 10 suivant l'invention, on peut découper dans la matière en feuille 14 des morceaux de toute forme désirée. Comme le montre la Fig.l, le dispositif de coupe 10 peut être déplacé dans les sens positif et négatif des coordonnées X et Y par la ma- noeuvre de la poutre 24. En supplément, on peut faire pi- voter le dispositif de coupe 10 autour de son axe vertical. De cette façon, on peut découper dans la matière en feuille des courbes et des coins arrondis. Par ailleurs, on peut également découper des pièces présentant des angles très aigus dans une matière en feuille en inversant le sens du mouvement du dispositif 10,après un pivotement intermédiai- re de ce dispositif 10 autour de son axe vertical, entre les deux déplacements, Le ctseau rotatif 10 peut être uti- lisé pour découper des couches multiples de matière en feuille 14 ou des matières présentées en simple épaisseur, ces matières étant maintenues en place par application d'une dépression à la table 18. La Fig. 4 illustre une deuxième forme de réalisation du ciseau rotattf de coupe 10 suivant l'invention, qui est monté de façon.à fonctionner, dans un outil à main désigné dans son ensemble par la référence 7Q. L'outil à main 70 peut être tenu par un utilisateur qui, de cette façon, commande le mouvement du dispositif 10 pour découper des pièces dans une matière en feuille, en variante du mode de commande automatique illustré par la Fig. 1 qui utilise une machine 12 comportant un système de commande automatique. L'invention met en oeuvre un roue de coupe, cir- culaire et libre en rotation qui reçoit des chocs ayant une grande force de pointe de façonà créer une contrainte élevée pour découper une matière et assure ainsi l'élimi- nation de tout échauffement localisé dans la matière en feuille à découper, échauffement qu'on observait jusqu'à présent dans l'utilisation des appareils de coupe classi- ques à mouvement alternatif. On obtient de cette façon une maitrise optimale de la matière à découper, en supplément de l'élimination de l'adhérence des surfaces et du frotte- ment, car les forces moyennes engendrées par la roue de coupe sont faibles. Les forces de pointe élevages sont appliquées sur une petite distance, ce qui réduit le dégage- ment de chaleur à. un minimum, puisque la lame coupante n'est ni rétractée ni déplacée en mouvement alternatif dans 2Q l'épaisseur de la matière en feuille. -R E V E N D I C A T I 0 N S - 1. Dispositif de coupe pour le découpage de matière en feuille, caractérisé en ce qu'il comprend: un outil de coupe circulaire (40) comprenant des moyens de coupe (42) qui s'étendent le long de sa circonférence; des moyens porteurs (46) servant à supporter l'outil de coupe circulaire de manière qu'il tourne librement par rapport à eux et roulent ainsi sur la surface de la matière en feuille (14) lorsque les moyens de coupe (42) sont en contact avec cette matière; et des moyens moteurs (50) reliés aux moyens porteurs (46) de ipanière à trans- mettre des forces verticales périodiques à l'outil de cou- pe circulaire (40) pour mettre les moyens de coupe (42) en prise, pour la coupe, avec la matière en feuille et couper cette matière avec un déplacement vertical minimum de l'ou- til de coupe circulaire. 2. Dispositif de coupe suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens moteurs (50) engendrent une force de.choc périodique relativement élevée qui est transmise à l'outil de coupe circulaire. 3. Dispositif de coupe suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens moteurs (50) comprennent un dispositif alimenté par une pression hydraulique. 4. Dispositif de coupe suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tangente de l'angle de contact entre l'outil de coupe circulaire (40) et la matière en feuille (14) est inférieure au coefficient de frottement de la matière en feuille (14) sur la surface 16 qui sup- porte cette matière. 5. Machine à commande automatique dans laquelle une matière en feuille est étendue sur une surface porteuse d'une table tandis qu'un dispositif de coupe est porté il par une poutre transversale à la table qui se déplace par rapport à cette dernière, caractérisée en-ce que le dispositif de coupe porté par la poutre (24) comprend: une roue de coupe circulaire (40) comprenant des moyens.de coupe (42) qui s'étendent le long de sa circonférence; un support (46) servant à supporter la roue (40) de manière qu'elle tourne librement dans le support et roule sur la surface de la matière en feuille (14) lorsque les moyens de coupe (42) sont en contact avec cette matière; et des moyens de percussion (50) reliés au support (46) pour engendrer des chocs et les transmettre à la roue de coupe circulaire (40) afin de mettre les moyens de coupe (42) en prise avec la matière en feuille (14) pour la coupe, et de découper la matière en feuille, avec pendant l'opération de coupe un dégagement de chaleur réduit à un minimum. 6. Dispositif de coupe à commande manuelle, pour le découpage d'une matière en feuille, dans lequel l'utilisateur commande le mouvement, caractérisé en ce qu'il comprend: une roue de coupe circulaire comportant des moyens de coupe qui s'étendent le long de sa circonfé- rence; des moyens porteurs destinés à supporter la roue de coupe circulaire de manière qu'elle tourne librement dans les moyens porteurs et roule sur la surface de la ma- tière en feuille lorsque les moyens de coupe sont en con- tact avec cette matière en feuille; et des moyens de percus- sion reliés aux moyens porteurs pour engendrer des chocs et les transmettre à la roue afin de mettre les moyens de coupe en prise, pour la coupe, avec la matière en feuil- le et,.de couper la matière en feuille, avec un dégagement de chaleur réduit à un minimum pendant l'opération de coupe. 7. Procédé de découpage d'une matière en feuille posée sur une surface porteuse, au moyen d'une lame de coupe circulaire ayant une arête coupante, caractérisé en 'ce qu'on fait rouler la lame de coupe circulaire (16) sur la surface de la matière en feuille (14); on imprime des chocs périodi- ques à la lame de coupe pendant que cette dernière roule sur la surface de la matière en feuille; on met l'arête coupante (42) de la lame circulaire (40) en contact avec la surface porteuse (16); et on découpe la matière en feuil- le (14) de telle manière que la surface porteuse arrête le mouvement de la lame pendant que cette dernière roule sur la surface de la matière en feuille.