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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.
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AUTOMATIC TANGENTIAL CUTTING SYSTEM The present invention is in the field of longitudinal cutting, also called slitting, of flexible materials, such as paper, nonwoven, plastic film or glass fibers. It relates more particularly to a tangential cutting system at high speed.
Mechanically, a cutting unit is made up of a blade and a counter blade, both circular and mounted on their respective supports. The knife is the assembly formed by the blade and its support. The counter blade and its possible support are called a counter knife. The assembly consisting of a knife and its counter knife is called the cutting unit. All the cutting units of a machine constitute a cutting system. The tangential cut means that the sheet is tangent to the counter knife, at the place of the cut.
The field of longitudinal cutting is constantly evolving. Manufacturers are constantly increasing the performance of their cutting systems to adapt to the continual diversification of products and to increase precision and cutting speeds.
Cutting systems include either independently powered counterknives or cutting rings mounted on a through shaft.
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On machines belonging to new generations, the most frequent problems are related to precision, speed and ease of positioning at the desired widths, safety in use, as well as obtaining very narrow cutting widths. .
While it is easy to answer each of the problems listed above separately, it is much less obvious to develop cutting systems with an adequate overall solution. These problems are briefly explained below.
1) Positioning accuracy and speed Positioning is the operation of adjusting the cutting widths. On most machines still in operation, positioning is done manually. This operation is relatively slow and the precision that can be obtained is limited. The operator's dexterity plays a major role in the quality of positioning.
If the positioning speed is not too important when the number of knives is low (3 to 5 knives), its importance becomes decisive when the number of knives on a machine reaches 40 or even 60 units. In these cases it is not uncommon to have to immobilize the machine for several hours to reposition the knives.
In the case of cutting rings mounted on a through shaft, the positioning of the cutting units to achieve the desired cutting widths can only be done manually.
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To do this, it is necessary to adjust the counterblades to the desired width and with the required precision. For accuracy of less than 1 mm, the use of caliber is essential.
In addition to this adjustment of the counter blades, it is also necessary to adjust the knife in front of the counter knives, which constitutes an additional operation. There are many automatic positioning systems when the counter knives are driven with their individual motor, but with such systems it is not possible to achieve very narrow cutting widths (usually f 200 mm).
The positioning operation requires in almost all cases a separate adjustment for the knives and for the counter knives since they are not connected to each other by a mechanical connection.
2) Sharpening the counter knives Sharpening the counter blades poses more particular problems when a grooved cylinder or cutting rings are present. In these cases, it is hardly conceivable to take the knives out of the machine to sharpen them, since this operation requires far too much time. In other cases, it is possible to easily disassemble the counter knives and replace them with others that have been sharpened outside the machine.
The counter knives are therefore sharpened on the machine. This solution in turn leads to a lot of drawbacks, such as:
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. the need for dedicated machine tools to sharpen the counter knives; . more or less significant machine downtime; . the presence in the machine of fine metal filings resulting from the sharpening operation.
The usual operations on knives, namely adjusting the cutting width (at the counter knives), replacing worn blades and various maintenance operations are manual interventions on very sharp elements. Unfortunately, this results in numerous hand injuries for operators. The use of suitable gloves can reduce this risk, but not eliminate it. In addition, wearing gloves slows down all of these knife adjustment and adjustment operations.
The ideal is to limit manual operations to the maximum on the cutting system.
3) Minimum cutting width A characteristic which has also become more and more important in recent years is the minimum cutting width. This minimum cutting distance represents the closest distance at which it is possible to bring the cutting units closer.
When very narrow widths (<30 mm) are required, grooved cylinders are generally installed. The minimum cutting width depends mainly on the width of the knives, because if it is easy to get grooves very close to each other, it is much less easy to build
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very narrow knives.
The cutting rings also allow small cutting widths, but accompanied by the adjustment difficulties described above.
In the case of tangential cutting, the problem is to obtain cutting widths as small as possible, easily adjustable, as well as an easy replacement of worn counter blades. When each cutter is equipped with its own drive motor, the dimensions of the latter very often limit the minimum cutting width to 200 mm, which is too large for a whole series of products. The counter-knives with independent motorization, even if they give very good results in terms of the quality of cut, do not allow to obtain small cutting widths.
The invention provides a global solution to the problems mentioned above and proposes a tangential cutting system with several independent cutting units, which makes it possible to achieve both a high positioning speed and precision and very small cutting widths, less than 200 mm.
This object is achieved by a tangential cutting system as defined in the claims.
The attached drawing shows a perspective view, with cutaway, of a cutting system according to the invention. In this drawing, the various organs are designated as follows:
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10 Frame
11 Counter knife
12 Common grooved axis carrying the counter knives
13 Linear unit
14 Trolley
15 Pneumatic cylinder
16 Counter blade
17 Knife
18 Pneumatic blade holder with two movements
19 Blade
20 Knife trolley
21 Linear guide rail for knives
22 Pneumatic piston for the connection between knife and counter knife to ensure the simultaneous movement of the two elements of the cutting unit
23 Position locking air chamber
24 rack
25 Knurled button
26 Graduated rule The counter knives 11 are mounted on the common grooved axis 12 which can be driven in rotation.
The counter knives can slide along the axis 12 and their positioning is done automatically by the linear positioning unit 13 under the control of a control device comprising a servo motor or a stepping motor and a digital controller with user interface and control software. Along the linear unit 13 slides the carriage 14 carrying a pneumatic cylinder 15 which positions each counter knife 11 quickly and precisely. The knives 17 are mounted on the carriages 20 capable of sliding along the guide rails 21 provided with ball bearings.
Each knife has a holder
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pneumatic blade 18 with two movements and a blade 19, a pneumatic piston 22 for securing the knife to the associated counter knife to allow simultaneous lateral movement of the two elements of the cutting unit and an air chamber 23 to simultaneously block all cutting units. A knurled adjustment button 25 cooperating with a rack 24 allows quick, precise and easy manual movement of each cutting unit. The graduated rule 26 allows automated measurement of the position of the cutting units.
The advantages of the invention in terms of section are summarized below.
The system is capable of achieving positioning accuracy of the order of 0.1 mm. It is possible to foresee it on new machines or to adapt it on existing machines up to 6 m wide. The speed of the positioning operation is approximately 3 to 5 cutting units per minute.
Especially for machines requiring a large number of knives, as well as high precision, the invention makes it possible to reduce the time necessary to modify a set-up by a factor of 5 to 8, while significantly increasing the precision.
The counter blades can easily be removed from the machine by simply removing the splined axis, sharpening can be done outside the machine. The use of a splined shaft makes it possible to combine the ease of replacing the counter-blades, present in the case of an individual motorization of the counter-knives, and to obtain short minimum cutting distances comparable to those obtained with cutting rings.
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The great advantage in terms of safety is the elimination of manual intervention on the knives for the positioning operation, this operation being indeed fully automated. Indeed, the pneumatic piston mounted on the head of the knife makes it possible to secure the knife and counter knife during positioning. The alignment between the blade and the counterblade is thus permanently ensured. It is therefore not necessary to check this alignment manually before putting the knives into service.
A small minimum cutting distance of up to 50 mm is obtained thanks to narrow guide rails and the splined axis to ensure the rotary drive of the counter knives, as well as to an appropriate design of the automatic positioning system. knives so that there is no interference with this minimum cutting width.