Brevet FR2633539A1 — publié le 19900105

Dans l'industrie, on utilise des scies à fils destinées å plusieurs domaines d'application. Certaines scies ont un seul fil, d'autres plusieurs ; les unes sont alternatives avec un ou plusieurs fils tendus entre des cadres, d'autres, rotatives, ont des cylindres qui organisent une chaîne pouvant contenir plusieurs fils. Toutes sont équipées de GENERATEURS DE TENSION agissant en amont et en aval de la zone de coupe. Pour certaines applications, seule la coupe est recher chée, la qualité des surfaces sciées n'intervenant pas dans les usinages suivants. Pour d'autres applications (optique électronique) il faut que le sciage soit l'usinage donnant la coupe et la qualité de surface. Généralement, dans l'état actuel de là technique de ces tronçonneuse à fils, la tension est produite par exemple - par des GENERATEURS DE TENSION à charge statique à partir de poids ou de ressorts, - par des GENERATEURS DE TENSION dynamiques agissant à partir de mécanismes commandés par des moteurs. Ces deux types de GENERATEURS DE TENSION sont peu précis, peu stables, ils présentent les inconvénients suivants, aussi bien à l'arrêt qu'en régime dynamique. Ils ne permettent pas d'établir avec une grande précision une tension prédéterminée et de la maintenir rigoureusement dans le temps. Ils nécessitent généralement une régulation mécanique, électrique ou électronique très coûteuse. Ils générent des tensions avec d'importantes imprécisions cycliques ou aléatoires, dues à des frottements, des temps de réponse des régulations et/ou des inerties diverses. Pour certaines réalisations industrielles de précision, par exemple la réalisation de composants électroniques, les plaques de base en silicium scié doivent présenter les trois caractéristiques suivantes 1. un état de surface dépourvu de rayures, 2. une rigoureuse planéité des faces des pièces coupées, 3. un parallélisme parfait entre lés faces des pièces sciées. Les meilleures scies à fils classiques actuelles ne permettent pas d'obtenir les caractéristiques ci-dessus et produisent des pièces avec les défauts suivants 1. un état de surface présentant des rayures accidentelles pouvant aller entre autre jusqu'à 50 microns de profondeur. 2. un état de surface présentant une rugosité donnant des creux importants pouvant aller jusqu'à 100 microns. 3. un defaut de planéité donnant un bombé cylindro-conique important pouvant aller jusqu'à 200 microns par exemple. 4. un défaut systématique de parallélisme des faces sciées pouvant aller jusqu'à 40 microns par exemple. 5. des phénomènes vibratoires organisant les défauts de rugosite suivant des figures géométriques, variables en fonction de la fréquence propre de la scie et de ses harmoniques. Ces caractéristiques sont principalement le fruit de la réalisation de la gestion de tension du fil de coupe, qui ne permet pas de choisir, de mesurer et de stabiliser rigoureusement une tension de fil avant le déclanchement d'un cycle de coupe et moins encore durant ce cycle, indépendamment 1 - des variations de tension produites avant et après la zone de coupe durant le cycle de sciage de la pièce, 2 - de la vitesse de déroulement du fil, quelle qu'en soit l'accélération ou la décélération. L'invention objet du présent brevet, s'applique aux scies rotatives avec fils équipées de guides-fils à cylindres et a pour but d'obvier ces inconvénients en permettant notamment - de tendre le fil de coupe directement dans la zone active de sciage sans modifier la tension avant et aprés cette zone, - d'allonger un fil d'une quantité prédéterminée (en millimé- tre par mètre par exemple) et de la produire strictement à cette valeur à toutes les allures du tronçonnage, - d'établir dans la section du fil utilisé une contrainte à une valeur prédéterminée (en mégapascal par exemple) et de la maintenir strictement à cette valeur à toutes les allures du tronçonnage, - de générer la tension d'un fil à une valeur prédéterminée (en newton par exemple) de la maintenir rigoureusement à cette valeur à toutes les allures du tronçonnage, - de générer et réguler les trois fonctions ci-dessus avec un système de régulation simple, en dehors des perturbations dues aux frottements ou aux inerties diverses, à toutes les allures de l'opération de tronçonnage, - de choisir, de mesurer et de réguler en continu la tension et la contrainte des fils dans la zone active de coupe indépendamment des fluctuations de tension survenant avant et aprés la zone de tronçonnage, à toutes les vitesses de coupe, - de changer la tension des fils en cours de sciage, ou de faire varier cette tension en fonction d'une procédure de coupe adaptée à la section du lingot à scier, - et enfin de créer trois zones de tension du fil de coupe totalement indépendantes les unes des autres. La premiere zone AA dite partie amont, la deuxième BB dite partie médiane de coupe, la troisième CC dite partie aval. En partie médiane de coupe BB la tension des fils est gé nérée et entretenue par le cylindre tenseur 14. Cette tension établie dans la section du fil la contrainte choisie à l'inté- rieur de la limite d'élasticité de la matière du fil utilisé. La tension amont dite primaire peut être peu différente ou égale à la tension aval, et toutes deux de l'ordre du quarantiéme de la tension générée en partie médiane de coupe BB. Cet ensemble de gestion de tension et de mouvement de fil est conçu symétrique pour assurer un fonctionnement identiquement bidirectionnel, il comprend trois parties, AA, BB et CC. La partie amont AA déroule le fil vers la partie médiane de coupe BB en régulant la tension à la valeur dite primaire. La partie médiane de coupe BB ou est produite la tension secondaire de coupe par le cylindre tenseur. La partie aval CC qui enroule le fil venant de la partie médiane de coupe BB, en régulant la tension dite primaire. La partie amont AA est identique à la partie aval CC pour assurer le fonctionnement bidirectionnel. La description ci-après est donnée à titre d'exemple non limitatif de réalisation de l'invention. La figure 1 représente la vue en perspective du générateur de tension des fils de coupe dans une tronçonneuse à fil. La figure 2 représente le type de gorge de rainure avec les flancs en V et de profondeur égale au diamètre du fil. La figure 3 représente le schéma du rouleau tenseur 14 avec le vérin 18 son asservissement 16 et les guides-fils A et B. La figure 4 représente la coupe W-W suivant figure 3. La figure 5 représente le schéma du rouleau tenseur 14 avec le vérin 18 son asservissement 16 et les guides-fils A et B. La figure 9 représente le type de gorge de rainure avec fond circulaire, de profondeur égale au diamètre du fil. La figure 10 représente le type de gorge de rainure avec les flancs en V, de profondeur égale au diamètre du fil. La figure 11 représente le type de gorge de rainure avec fond circulaire et de profondes égale au rayon du fil. La figure 12 représente le type de gorge de rainure avec profil trapézoïdal, de profondeur égale au diamètre du fil. Le générateur de tension de fil décrit ci-après comporte deux guides-fils identiques A et B fig. 1, un cylindre tenseur 14, un dispositif avec un vérin 18 actionnant un renvoi 6, entrainant l'arbre 7 mettant en rotation, les leviers 8 & 9 qui déplacent le cylindre tenseur 14; le tout assemblé sur un bâti classique avec paliers et moteur entrainant les arbres 4. Un ensemble, capteur de force 15, sa logique et régulation 16, de type connu, contrôle le vérin 18 qui applique sur la nappe de fil 13 au moyen du cylindre tenseur 14, la force de consigne demandée par la procédure de coupe en cours. Un guide-fil A ou B fig. 1 comporte un arbre de rotation 4 sur lequel est assemblé un cylindre rainuré divisé en trois zones te tension 1, 2, 3, les zones 1 et 3 dites régulatrices ont la même longueur La longueur de la zone médiane 2 dite de tension est fonction du travail à effectuer. Les conditions d'utilisation de la scie à fils détermine l'entraxe C ,le diamètre des guides-fils A et B et celui du cylindre tenseur 14. Les surfaces des guides-fils et du cylindre tenseur Fig 1 sont revêtues d'une couche anti usure 11 de matière plastique connue de caractéristiques adaptées au traitement. Les surfaces des guides-fils et du cylindres tenseur Fig.1 comportent des rainures 10 circulaires, contenues dans des plans perpendiculaires à l'arbre 4 ; ces rainures 10 sont usinées dans l'épaisseur de la couche 11 anti-usure. L'écartement L de ces rainures 10 est fonction du travail de tronçonnage pour lequel sont construits les guides-fils. Le nombre de ces rainures 10 est fonction du travail de tronçonnage pour lequel sont construits les guides-fils. La profondeur P des rainures 10 et la forme de leur section Figs 2 et 6 à 10 est fonction du travail de sciage et du fil 13 pour lequel sont construits les guides-fils. La modification des qualités de dureté de surface des guides-fils et des faces des rainures est fonction du fil utilisé et du travail demandé au générateur, le revêtement peut être effectué à partir de dépôt de micro épaisseur de carbure ou de céramique métallique. Deux enrouleurs-dérouleurs identiques, bidirectionnels, de type connu, l'un situé à l'entrée du générateur assure l'approvisionnement en fil, l'autre situé à la sortie du gé nérateur assure le rembobinage du fil utilisé. Parmi tous les parcours possible celui décrit ci-dessous est donné à titre d'exemple non limitatif. Le fil 13 est approvisionné en R à partir du dispositif de déroulement (dérouleur enrouleur) du haut vers le bas. Il est engagé verticalement dans la première rainure du cylindre régulateur AA 1. Après 1/4 de tour de contact, il quitte cette rainure horizontalement en partie inférieure pour être engagé dans la première rainure en partie inférieure du cylindre régulateur AA 31 ou il est enroulé d'un demi-tour jusqu'en partie supérieure en X, d'où il quitte cette rainure horizontalement pour s'engager en partie supérieure dans la deuxième rainure du cylindre AA 1 ou il est enroulé d'un demitour jusqu'en partie inferieure, il quitte cette rainure horizontalement pour s'engager en partie inférieure dans la deuxième rainure du cylindre AA 31 ou il est enroulé d'un demitour jusqu'en partie supérieure en X, et ainsi de suite jusqu'à la dernière rainure en partie supérieure en D du cylindre AA 31. Du point D du cylindre AA 31 le fil transite en E dans la première rainure du cylindre BB 3 tenseur ou il est enroulé d'un demi-tour jusqu'en partie inférieure. Le fil quitte alors la rainure horizontalement pour être engagé en partie inférieure dans la première rainure du cylindre tenseur BB 32 où il est enroulé d'un demi tour jusqu'en partie supérieure en F, il quitte cette rainure horizontalement pour être engagé en partie supérieure en G dans la deuxième rainure du cylindre BB 2 tenseur et ainsi de suite jusqu'à la dernière rainure du cylindre BB 32 tenseur en H, d'où le fil va transiter dans la première rainure en I du cylindre régulateur CC 3 où il est enroulé d'un demi-tour jusqu'en partie inférieure, il quitte horizontalement cette rainure pour être engagé en partie inférieure dans la première rainure du cylindre CC 33 régulateur sur lequel il est enroulé d'un-demi tour jusqu'en partie supérieure en J, d'où il ira horizontalement en K, et ainsi de suite jusqu'en partie inférieure de la dernière rainure du cylindre régulateur CC 33, où il est enroulé d'un quart de tour jusqu'en M pour quitter le générateur de contrainte verticalement en S de bas en haut vers le dispositif d'enroulement (dérouleur enrouleur) du fil sortant. La vitesse de rotation des deux guides-fils et les variations de cette vitesse sont strictement synchronisées. Du point R au point D les fils sont en dehors de l'action du cylindre tenseur, n'étant pas déviés ils conservent la tension dite primaire. Du point E jusqu'au point H les fils sont allongés par déviation de la nappe de fils par le cylindre tenseur déplacé par l'action du vérin. La force de déviation est régulée à son point de consigne par un contrôle en boucle fermée. Du point I au point S les fils sont en dehors de l'action du cylindre tenseur, n'étant pas déviés ils conservent la tension dite primaire. Le générateur de contrainte est conçu parfaitement symétrique pour assurer un fonctionnement identiquement bidirectionnel. Les cylindres régulateurs 1 et 31 ont un nombre de rainurses suffisant pour éviter le glissement du fil du point D vers le point E, de même que 3 et 33 évite au fil d'être tiré de I vers H. Les cylindres régulateurs 1 et 31 amortissent les petites variations de tension éventuellement produites par le dérouleur de fil à l'entrée. Les cylindres régulateurs 3 et 33 amortissent les petites variations de tractions éventuellement produites par l'enrouleur de fil à la sortie. A titre d'exemple d'application, ce générateur de tension peut notamment servir - à construire un nouveau type de tronçonneuse à fils avec un système de tension du fil comportant une régulation asservie à un capteur de force. Cette régulation fonctionnant en boucle fermée maintiendra à son point de consigne la valeur de la tension demandée par le processus de tronçonnage. Le point de consigne de la tension peut être une valeur prédéterminée fixe atteinte par une procédure progressive ou une valeur de tension variant suivant une loi imposée par une méthode de tronçonnage particulière adaptée à une matière à scier ou répondant à des précautions précises exigées par une forme de section de lingot. REVENDICATIONS 1 - Générateur de tension Fig.1 caractérisé en ce qutil est constitué, dans un premier mode de réalisation, d'une paire de guides-fils monoblocs identiques A et B , d'un cylindre tenseur 14, d'un vérin 18, d'un renvoi d'équerre comprenant un arbre 7 et trois biellettes identiques 6 et 8, d'un capteur de force 15 monté en ligne avec le vérin, d'un sys thème de régulation électronique 16 permettant de régler au point de consigne la force de poussée du vérin 18. Ce générateur de tension permet de tendre le fil à une valeur prédéterminée, d'entretenir rigoureusement cette tension à toutes les allures de coupe ainsi que durant les accélérations.Le régulateur électronique 16 peut aussi piloter le générateur de tension suivant une force variable dont la loi de variation est fonction des paramètres du tronçonnage envisagé. Chacun des guides-fils fig. 1 comporte un arbre de rotation 4.4 sur lequel est assemblé un cylindre rainuré divisé en trois zones, les zones 1 et 3 dites régulatrices ont la mème longueur, la zone médiane 2 dite de tension a une longueur fonction des besions du tronçonnage. L'entre-axe C, le diamètre des guides-fils A et B, le diamètre et la longueur du cylindre tenseur, sont déterminés par les besoins du tronçonnage; l'intensité de la force de tension des fils est fixée par les besoins du sciage. Les surfaces Fig.2 et 7 à 10 des cylindres des guides-fils A et B et du cylindre tenseur 14 sont revêtues d'une couche 11 anti-usure de matière plastique connue adaptée au tronçonnage. Les surfaces Fig.l et 2 des cylindres des guides-fils et du cylindre tenseur 14 comportent des rainures 10 circulaires contenues dans des plans perpendiculaires à l'arbre 4 ; ces rainures 10 sont usinées dans l'épaisseur de la couche 11. L'écartement L de ces rainures 10 Fig. 4 & 6 est fonction du tronçonnage pour lequel sont construits les guides-fils. Le nombre de ces rainures 10 est fonction du tronçonnage pour lequel sont construits les guides-fils. A La profondeur P des rainures 10 et la forme de leur section Fig. 2 et 7 à 10 sont fonction des capacités du tronçonnage et du fil 13 utilisé. Le vérin 18 à double effet est de type connu, le capteur de force 15 comprenant la logique de contrôle et de régulation 16 est un modèle classique pouvant fonctionner en compression ou en traction. 2 - Générateur de tension suivant revendication Nç1 caractérisé en ce que le vérin 18 de poussée est constitué par une vis et écrou à billes avec moteur électrique pas à pas. 3 - Générateur de tension suivant revendication N 1 caraccaractérisé en ce que le vérin 18 de poussée est contitué par un vérin hydraulique à double effet commandé en régime tout ou rien dans les deux sens. 4 - Générateur de tension suivant revendications 1 et 3 caractérisé en ce que le vérin 18 de poussée est contitué par un vérin hydraulique à double effet commandé en régime de pression différencielle donnant la force du point de consigne. 5 - Générateur de tension suivant revendications N41 carac térisé en ce que le vérin 18 de poussée est contitué par un vérin à air comprimé à double effet commandé en régime tout ou rien dans les deux sens. 6 - Générateur de tension suivant revendications 1 et 5 caractérisé en ce que le vérin 18 de poussée est contitué par un vérin à air comprimé à double effet commandé en régime de pression différentielle donnant la force du point de consigne. 7 - Générateur de tension suivant revendications 1 2 3 4 5 & 6 caractérisé en ce que le système de biellettes 6 & 8 Fig. 3 pivotant sur l'axe 7 Fig.3 est remplacé par un exentrique 20 Fig. 7 pivotant sur les paliers 21. Le déplacement du cylindre tenseur 14 Fig. 7 est assuré par rotation de l'exentrique 20 qui est commandé par le déplacement du vérin 18 actionnant les renvois 19 et la force de déviation de la nappe de fils 13 est régulée à son point de consigne par le capteur de force 15 qui pilote le dispositif de régulation 16. 8 - Générateur de contrainte de tension suivant revendications 1 2 3 4 5 6 & 7 caractérisé en ce que le revêtement antiusure t0 Fig. 2 en matière plastique est remplacé par un traitement de surface pour augmenter la dureté superficielle des guides-fils, du cylindre tenseur et des faces de rainures. Ce durcissement est fonction du fil utilisé et du travail demandé au générateur et peut être réalisé à partir de dépôt en micro épaisseur de carbure ou de céramique métallique.