Brevet FR2509655A1 — publié le 19830121

-1 - L'invention concerne, d'une manière générale, une machine à découper un matériau en feuille; elle a, plus particulièrement, trait à une machine utilisant une roue de découpe rotative pour découper un matériau en feuille en simple épaisseur ou faible nombre d'é- paisseurs, cette roue étant guidée sur le matériau. On sait que l'on peut découper un matériau en feuille en simple épaisseur ou à faible nombre d'épais- seurs à l'aide d'une roue de découpe rotative, ou lame, le matériau étant étalé sur une surface de support dure et lisse et la roue, pressée contre la surface, étant entraînée en rotation sur cette surface L'opération de découpe se fait par tranchage partiel et écrasement partiel entre le pourtour de la roue et la surface de support On trouvera dans le brevet US 5 776 072 la description d'une machine à découper avec roue rotative et surface de support dure. Pour réaliser les machines antérieures à roue de découpe et surface de support dure, on estimait que le bord périphérique de cette roue de découpe devait être aussi effilé que possible afin que le matériau en feuille soit entièrement découpé Une roue de découpe parfaitement effilée devrait logiquement conduire à un effet maximum de découpe de la roue entrainée le long d'un trajet de découpe sur le matériau, tout en rédui- sant la pression nécessaire entre roue et surface de support afin de trancher le matériau Certains inconvé- nients sont toutefois inhérents à l'utilisation d'une roue rotative effilée en combinaison avec une surface de support dure. Un premier inconvénient lié à la roue de dé- coupe elle-même est que cette roue est très mince à proximité du bord coupant et peut, par suite, être en- dommagée en raison de la pression exercée entre elle et la surface de support Lorsque le bord coupant est -2- pressé contre la surface de support, les contraintes internes développées dans la roue favorisent l'ébrèche- ment et l'effritement du bord coupant. Un second inconvénient lié à la surface de support est que cette dernière peut être entaillée ou rayée par la roue à bord effilé. Les endommagements auxquels conduisent les inconvénients évoqués non seulement réduisent la durée de vie utile de la roue de découpe et de la surface de support, mais encore influencent défavorablement l'opé- ration de découpe Si la roue est ébréchée ou si la surface de support est entaillée, le matériau à décou- per, au niveau du trajet de découpe, s'enfonce dans l'é- bréchure de la roue ou l'entaille de la surface de sup- port lorsque la roue est entraînée en rotation le long de ce trajet, et le matériau ne peut donc pas être com- plètement tranché. L'invention a en conséquence pour objectif une machine dont la roue de découpe rotative est telle que les inconvénients évoqués sont évités. L'invention concerne donc une machine à dé- couper un matériau en feuille en simple épaisseur ou à faible nombre d'épaisseurs, ce matériau étant étalé sur une surface de support La machine comporte donc une surface de support pour le matériau en feuille, une roue de découpe rotative sous forme d'un disque circulaire mince, des moyens d'entraînement en transla- tion de la roue de découpe le long d'un trajet de dé- coupe, et des moyens pour presser le bord de la roue de découpe contre la surface de support lorsque cette roue est entraînée le long du trajet de découpe La roue de découpe est caractérisée, et c'est là la nou- veauté introduite par l'invention, en ce qu'elle com- porte un bord de découpe périphérique arrondi qui tourne sur la surface de support et se trouve en con- 250965 E -3- tact de découpe avec le matériau en feuille étalé sur la surface L'opération de découpe se fait donc par sé- paration par écrasement entre le bord rond de la roue de découpe et la surface de support, lorsque la roue est déplacée sur la surface de support. L'éventualité d'un endommagement de la roue de découpe ou de la surface de support est fortement réduite lorsqu'on utilise une roue à bord rond pour deux raisons La première est qu'une roue à bord rond est sensiblement plus robuste à proximité de son bord périphérique qu'une roue de même diamètre à bord effi- lé, et est donc moins susceptible que cette dernière de s'effriter ou d'être ébréchée La seconde est qu'une roue à bord rond est moins susceptible de rayer une surface de support qu'une roue effilée L'utilisation d'une roue à bord rond réduisant les risques d'ébréchure de cette roue ou d'entaillage de la surface de support, la durée de vie utile de ces composants est prolongée, et le matériau en feuille est parfaitement tranché le long du trajet de découpe. La suite de la description se réfère aux des- sins annexés qui représentent: figure 1, une vue en perspective d'une ma- chine à découper conforme à l'invention, figure 2, une vue latérale en élévation de l'outil de découpe et de la table de découpe de la ma- chine de la figure 1, avec le mécanisme de charge rac- cordé à l'outil, figure 3, une vue frontale en élévation des composants de la figure 2, figure 4, à plus grande échelle, une vue frontale en élévation de la roue de découpe et de son support représentés figure 2, figure 5, une vue latérale en élévation de la roue de découpe et de son support représentés -4- figure 4, figure 6, une vue en élévation d'une roue de découpe selon un autre exemple de réalisation con- forme à l'invention, figure 7, une vue en élévation d'une autre roue de découpe conforme à l'invention. On a représenté figure 1 un système, conforme à l'invention, de découpe automatique pour matériau en feuille Le système porte la référence générale 10, com- porte une table de découpe 12, un outil de découpe 14, et des moyens d'entraînement de cet outil en transla- tion avec un chariot (X) 16 qui se déplace au-dessus de la table de découpe 12 dans la direction X portée sur le dessin, un chariot (Y) 18 monté sur le chariot (X) et qui se déplace par rapport à la table et à ce chariot (X) dans la direction Y portée sur le dessin, un ordinateur de commande 20 étant raccordé aux cha- riots et à l'outil pour commander les mouvements de cet outil au cours des opérations de découpe L'ordina- teur 20 obtient les informations relatives au programme de découpe à partir d'une bande-mémoire-22 et forme les signaux de commande de découpe à partir de ces informa- tions Les signaux de commande sont transmis aux cha- riots 16 et 18 par un câble de commande 24; ils en- traînent l'outil 14 en mouvement de translation au- dessus de la table 12, en contact de découpe avec le matériau en feuille S A partir des informations cons- tituant le programme enregistré dans la bande-mémoire 22, l'ordinateur guide l'outil le long de trajets de découpe qui définissent, par exemple, le pourtour des pièces d'un patron qui sont représentées en lignes pointillées sur le matériau en feuille. La table de découpe se compose d'un cadre 30 qui repose sur un certain nombre de pieds 32, ainsi que d'un plateau 34 qui définit la surface de travail -5- sur laquelle est étalé le matériau en feuille S La surface de travail 35 du plateau 34 est suffisamment dure pour ne pas être endommagée par l'outil de dé- coupe en pression au cours de la découpe. Le chariot (X) 16 est supporté au-dessus de la table de découpe 12 par deux crémaillères 48 et 50 disposées longitudinalement le long des bords de cette table dans la direction X et soutenues par des équerres 52 saillant verticalement vers le haut à partir du ca- dre 30 Des moteurs d'entraînement et des pignons (non représentés) montés dans le chariot 16 coopèrent avec la denture des crémaillères 48 et 50 pour entraîner ce chariot et l'outil 14 en mouvement de va-et-vient dans la direction X, au-dessus de la table, conformé- ment aux signaux de commande de mouvement transmis de- puis l'ordinateur 20. Le chariot (Y) 18 est supporté par le chariot (X) 16 au moyen d'un rail de guidage 58 et d'une vis d'entraînement 60 qui sont disposés dans la direction Y entre les estrémités latérales de ce chariot 16 La vis d'entraînement 60 est entraînée en rotation par un au- tre moteur d'entraînement (non représenté) commandé depuis l'ordinateur 20, et est engagée dans une partie taraudée du chariot 18, de manière à déplacer ce cha- riot dans la direction Y au-dessus de la table Les mouvements combinés des chariots 16 et 18 permettent d'entraîner l'outil en translation dans toute direction souhaitée sur la surface de travail de la table 12, en engagement de découpe avec le matériau en feuille à découper le long du pourtour d'une pièce de patron. Comme on peut le voir plus clairement figures 2 et 3, l'outil de découpe 14 est suspendu sur le cha- riot (Y) 18 au moyen d'une platine de support 62 qui se prolonge en porteà-faux à partir d'une monture ajustable 64 fixée sur l'extrémité en saillie du cha- -6- riot La monture ajustable 64 est élevée et abaissée par rapport à la surface de travail de la table 12 au moyen d'un moteur (non représenté) commandé par l'ordi- nateur, de sorte que l'outil 14 peut être amené en con- tact de découpe avec le matériau en feuille S au début d'une opération de découpe, et amené hors de contact avec ce matériau enfeuille à lgtin d'une opération de découpe L'outil de découpe 14 comporte une roue de dé- coupe 70 dont le bord de découpe périphérique tranche Xe matériau en feuille S par effet d'écrasement, lors- que l'outil est repoussé vers le bas en contact avec ce matériau sous l'effet d'une force transmise par la pla- tine de support 62 La roue de découpe 70 est supportée par un support d'outil 72, de sorte qu'elle tourne li- brement autour d'un axe parallèle à la surface de tra- vail de la table 12, lorsqu'elle est entraînée sur cette surface de travail par les chariots 16 et 18 alors qu'elle se trouve en contact de découpe avec le matériau en feuille. La roue 70 et le support 72 sont entraînés en mouvement de translation avec la platine 62, en partie au moyen d'un arbre de support tourillonnant 80 qui permet à l'outil d'être entraîné en mouvement de rotation angulaire autour de l'axe (Q) 82 perpendicu- laire à la surface de travail de la table 12 Un moteur d'entraînement en rotation 84 est raccordé à l'arbre 80 au moyen d'une courroie dentée 86 qui passe sur la pou- lie 88 du moteur et une large poulie d'arbre 89 fixée à l'extrémité supérieure de l'arbre 80 Les commandes de rotation sont formées à partir de la bande-mémoire 22 par l'ordinateur 20 et sont fournies au moteur d'en- traînement 84 pour fixer la position angulaire de la roue de découpe de telle sorte qu'elle se déplace tou- jours tangentiellement au bord de la pièce de patron, en chaque point de ce bord. 250965 _ Un mécanisme de contr 8 le de charge est inter- posé entre l'outil de découpe 14 et le chariot porte- outil 18 pour fournir la force d'écrasement qui, par déplacement de l'outil le long de l'axe (e) 82, amène cet outil en contact de découpe avec le matériau en feuille S étalé sur la surface de travail Le mécanisme de contrôle de charge porte la référence générale 100; il comporte un dispositif à cylindre de charge pneuma- tique ou hydraulique 102 qui est fixé sur un pontet 104 lui-même fixé sur la platine de support 62 Le disposi- tif à cylindre de charge 102 comporte une tige de pis- ton 106 qui se prolonge coaxialement dans un alésage central de l'arbre 80 et se raccorde, par un palier à butée 110, au support d'outil 72, lequel est fixé en rotation sur les cannelures de l'extrémité inférieure de l'arbre 80 par un collier 112; ainsi, l'outil et son support tournent avec l'arbre et coulissent axiale- ment le long de cet arbre par rapport à la platine de support 62 Le palier à butée 110 permet au support 72 d'entraîner la roue de découpe 70 en rotation autour de l'axe ( 0) 82 lorsque la force d'écrasement est transmise par le piston à la roue de découpe. La charge appliquée sur la roue de découpe , et par suite la force d'écrasement avec laquelle la roue de découpe est repoussée dans le matériau en feuille S, est déterminée par la pression appliquée au dispositif à cylindre de contrôle de charge 102, par l'intermédiaire des conduites de pression 114 et 116 La charge appliquée doit être suffisamment forte pour que le matériau en feuille soit tranché par effet d'écrasement lors du déplacement de la roue sur sa surface Après l'opération de découpe, la pression dans les conduites 114 et 116 est amenée à une valeur nulle, l'outil 14 est levé de dessus la table de dé- coupe par la platine 62 et la monture ajustable 64 -8- lorsque l'anneau de levage 120, fixé à l'extrémité inférieure de l'arbre 80, vient en contact avec le col- lier 112. Le diamètre de la roue de découpe 72 se situe dans une gamme limitée par des considérations pratiques relevant de ce type de système de découpe En première considération, le diamètre de roue doit être suffisam- ment grand pour que le niveau supérieur du matériau à découper ne se trouve pas au-dessus du plan médian ho- rizontal ou axe de rotation de cette roue lorsque son pourtour est pressé sur la surface de support, en enga- gement de découpe avec le matériau en feuille Lorsque le niveau supérieur du matériau se trouve en dessous du plan médian précité, ce matériau, le long du trajet de découpe, est pressé contre la surface de support par le bord coupant de la roue, et aucune de ses parties ne fait contact avec, ou ne gêne, le support d'outil 72. En ce qui concerne la plus petite valeur du diamètre de roue, on doit considérer que cette roue doit tourner le long d'un trajet de découpe en raison des forces de frottement développées entre le bord de roue et le matériau en feuille et/ou la surface de sup- port Pour que la roue puisse tourner, les forces de frottement doivent être suffisamment grandes-pour s'op- poser aux forces de frottement développées entre la roue 70 et le support 72 à proximité de l'axe de roue. En règle générale, plus le diamètre de roue est grand, plus les forces d'entraînement par frottement s'oppo- sent facilement aux forces s'opposant à la rotation de la roue. La plus grande valeur du diamètre de la roue est limitée de manière à éviter un déplacement excessif du matériau en feuille lorsque cette roue tourne pour suivre la forme d'une courbe ou d'un angle dans le tra- jet de découpe Plus la roue est large, plus le maté- -9- riau risque d'être déplacé ou de se plisser lorsque la roue tourne autour de l'axe (O). En raison des considérations pratiques qui précèdent, limitant la gamme dans laquelle se situe le diamètre de roue, il est recommandé de choisir comme valeur maximum de ce diamètre 76,2 mm, et comme valeur minimum 6,35 mm. On a représenté plus en détails, figures 4 et 5, la roue de découpe, cette roue se composant d'un disque mince, dont l'épaisseur est pratiquement uni- forme entre les faces axiales de la roue, et dont le bord de découpe 71 est arrondi Le rayon de courbure R du bord de découpe arrondi 71 peut avoir, par exemple, une valeur qui n'est pas beaucoup plus faible que la moitié de l'épaisseur de la roue La valeur du rayon de courbure peut, par exemple, se situer dans une gamme comprise entre 0,025 et 0,254 mm. Plusieurs raisons conduisent à préférer un bord de découpe arrondi 71 plutôt qu'un bord effilé classique La force d'écrasement transmise à la roue de découpe 70 par le mécanisme de commande de charge conduit à la formation de fortes contraintes entre le bord de découpe et la surface de support plate 35 du plateau 34 De fortes contraintes formées lorsque le bord de découpe est effilé ont des conséquences né- fastes qui affectent défavorablement l'opération de découpe. Une conséquence de ces fortes contraintes est la détérioration du bord coupant de la roue Lorsque la roue est faite d'un matériau dur qui est cassant, des fractures se forment le long du bord coupant qui s'ef- frite en fragments se séparant des parties restantes de la roue Les petites fentes qui en résultent et le manque de continuité du bord coupant se traduisent par une découpe intermittente le long du trajet de découpe. 2509655; -10- Lorsqu'une opération de découpe est ainsi mal effec- tuée, il subsiste des parties non coupées du trajet de découpe entre la pièce de patron et le matériau qui l'entoure, et le matériau peut être endommagé par déchi- rure au niveau des parties non coupées lorsqu'il est tiré pour ôter la pièce de patron. Par ailleurs, les fortes contraintes formées détériorent la surface de support 35 de la table de dé- coupe lorsque le bord coupant de la roue de découpe est effilé En règle générale, la dureté de la surface de support est moindre que celle de la roue de découpe Il est recommandé de choisir, pour la surface de support, une dureté qui ne soit pas supérieure à 40 sur l'échel- le de dureté Rockwell "C" En principe, cette surface doit être lisse, mais les contraintes concentrées le long d'un bord de découpe se traduisent par son entail- lage En conséquence, après un certain temps d'utilisa- tion, la surface de support 35 présente une série de rayures qui dessinent les pièces de patron découpées -lors des opérations précédentes Ces rayures et en- tailles présentent des discontinuités et ont pratique- ment le même effet que des discontinuités du bord cou- pant de la roue de découpe Le matériau à découper s'enfonce dans les rayures et n'est pas découpé locale- ment aux intersections de ces rayures et des trajets de découpe. La roue de découpe conforme à l'invention, avec son bord coupant arrondi 71, élimine pratiquement les problèmes d'effritement et d'entaillage Avec son bord coupant arrondi, la roue a une résistance bien supérieure au niveau de ce bord, et les contraintes formées, tant dans cette roue que dans la surface sup- port sont réduites en conséquence La roue étant plus résistante et les contraintes étant réduites, les pos- sibilités d'effritement sont en fait éliminées. 250965 e -11 - De même, une plus grande surface de contact entre le bord coupant et la surface de support se tra- duit par des contraintes plus faible dans le plateau 34, ce qui réduit à un niveau n'affectant pas l'opéra- tion de découpe la déformation permanente de la surface , sinon élimine cette déformation permanente. On a constaté expérimentalement que le bord coupant de la roue de découpe conforme à l'invention, en dépit de sa forme arrondie, permet de découper des matériaux mous, tels que des tissus tissés ou non tis- sés L'opération de découpe se fait, non plus par effet de tranchage et d'écrasement, mais d'abord par effet d'écrasement Lors d'essais, on a observé qu'il subsis- te de faibles traces de matériau à découper pulvérisé le long de la ligne de découpe, mais on obtient néan- moins une séparation de ce matériau Pour certains ma- tériaux, il peut être nécessaire d'augmenter la force d'écrasement, mais cette augmentation, au niveau de la surface de contact entre le bord coupant arrondi et la surface de support, ne se traduit pas par de plus for- tes contraintes et un entaillage de cette surface. On a représenté figures 6 et 7 d'autres exem- ples de réalisation de la roue de découpe conforme à l'invention, ces roues 90 et 92 ayant des bords cou- pants, 91 et 93 respectivement, définis par des sur- faces cylindriques plates et étroites Pour les raisons citées antérieurement en ce qui concerne la réalisation des figures 3 et 4, le diamètre des roues 90 et 92 n'est pas supérieur à 76,2 mm et n'est pas inférieur à 6,35 mm Les bords coupants cylindriques plats opèrent sensiblement de la même façon que le bord coupant ar- rondi 71 présentant la forme d'une courbe entre les faces d'extrémité axiales de la roue de découpe Les bords de découpe plats sont, en fait, des bords ronds dont le rayon de courbure tend vers l'infini Pour -12obtenir la même efficacité de découpe avec un bord plat, on maintient la largeur de ce bord dans une gamme comprise entre 0,050 et 0,127 mm. La roue 90 représentée figure 6 est en une seule pièce et diffère, sous cet aspect, de la roue 92 représentée figure 7 La roue 92 est fiate d'un disque mince dont l'épaisseur n'est pas supérieure à la lar- geur du bord coupant plat 93, avec deux pièces de ren- forcement 94 et 96 montées coaxialement de chaque côté du disque pour augmenter la résistance de la roue à proximité de l'axe 98. Il est entendu que la description qui précède a été faite à titre d'exemple non limitatif et que des variantes peuvent être envisagées sans, pour cela, sor- tir du cadre de l'invention Par exemple, les roues de découpe à bord coupant arrondi peuvent être d'épaisseur uniforme entre leur centre et leur bord, ou encore cet- te épaisseur peut s'accroître uniformément, par paliers, ou suivant une loi hyperbolique Des paliers peuvent être prévus au centre des roues, ou ces roues peuvent être fixées sur l'axe qui, en conséquence, tourillonne dans le porte-outil Il est important que la structure de palier permettant à la roue de tourner librement dans le porte-outil n'ait que peu de jeu, ou de préfé- rence n'ait pas de jeu, puisque l'alignement de la roue dans le dispositif est critique pour suivre de manière précise un trajet de découpe Le contour précis du bord coupant arrondi peut se définir entre une forme ronde et une forme plate, avec des courbures dont le rayon s'accroît entre le sommet du bord et les faces axiales de la roue. -13- REVENDICATIONS - 1 Machine à découper un matériau en feuille, avec support présentant une surface de support ( 35) sur laquelle le matériau en feuille (S) est étalé, caracté- risée en ce qu'elle comporte: un outil de découpe ( 14) avec roue de découpe ( 70,90,92) dont le bord coupant périphérique est arron- di ( 71,91,93), la roue tournant sur la surface de sup- port en contact de découpe avec le matériau en feuille, un mécanisme de commande de translation ( 16, 18) accouplé à l'outil de découpe et au support pour commander le mouvement de la roue de découpe sur la surface de support le long d'un trajet prédéterminé de découpe du matériau étalé sur cette surface de sup- port, et un mécanisme de commande de charge ( 100) pour presser le bord arrondi de la roue de découpe contre la surface de support, de sorte que l'opération de découpe se fait par écrasement du matériau à décou- per, entre le bord arrondi de la roue et la surface de support, lorsque cette roue est déplacée sur cette sur- face de support. 2 Machine selon la revendication 1, carac- térisée en ce que: la roue de découpe est un disque mince dont l'épaisseur est sensiblement uniforme entre ses faces latérales axiales, et le bord coupant périphérique de la roue présente, entre ces faces axiales, un rayon de cour- bure dont la valeur n'est que légèrement inférieure à la moitié de l'épaisseur de cette roue. 3 Machine selon la revendication 2, carac- térisée en ce que: l'épaisseur de la roue de découpe est faible par rapport à son diamètre, -14- une gamme et le diamètre de cette roue se situe dans comprise entre 6,35 et 76,2 mm. 4 Machine selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le rayon de courbure du bord arrondi de la roue de découpe se situe dans une gamme comprise entre 0,001 et 0,254 mm. Machine selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le rayon de courbure du bord arrondi de la roue de découpe tend vers l'infini. 6 Machine selon la revendication 1, carac- térisée en ce que le bord de la roue de découpe est plat. 7 Machine selon la revendication 6, carac- térisée en ce que le bord plat de la roue de découpe a une largeur qui se situe dans une gamme comprise en- tre 0,050 et 0,127 mm. 8 Machine selon la revendication 6, carac- térisée en ce que la largeur du bord plat de la roue de découpe est choisie pour que le matériau en feuille soit coupé sans que la surface de support soit rayée sous la pression transmise par le mécanisme de commande de charge. 9 Machine selon la revendication 1, carac- térisée en ce que la dureté de la surface de support est inférieure à celle de la roue de découpe.