Pour la plupart des applications de mouvement linéaire, les systèmes conventionnels à courroie ou à vis fonctionnent bien. Toutefois, des problèmes peuvent survenir lorsque des distances linéaires plus longues sont nécessaires.

Les systèmes entraînés par courroie constituent un choix évident lorsque de longs mouvements linéaires sont requis. Ces systèmes relativement simples utilisent des entraînements par poulies pour créer une tension le long de la courroie et peuvent être rapidement portés à des vitesses élevées. Cependant, à mesure que ces systèmes atteignent des courses plus longues, des problèmes d'affaissement des courroies peuvent survenir. La tension ne peut pas être maintenue sur toute la longueur du système.

Le système présente également beaucoup de souplesse en raison des courroies en caoutchouc ou en plastique elles-mêmes. Cette flexibilité sur toute la longueur du système peut provoquer des vibrations ou des ressorts, ce qui crée un effet de fouet sur le chariot. Si un processus spécifique ne peut pas gérer cela, un système à vis peut être une meilleure option. Les systèmes à vis disposent d'un élément mécanique fixe qui assure à tout moment un contrôle complet du chariot avec un arrêt et un positionnement précis.

La sécurité est un autre avantage des systèmes à vis. Les systèmes entraînés par courroie sont moins sûrs en raison du risque de rupture de la courroie. Un tel défaut serait incontrôlé et, dans les applications verticales, la charge pourrait tomber et endommager les machines ou même le personnel. Un système à vis n'a pas ce problème. Même en cas de panne, un système à vis empêcherait la charge de tomber et assurerait la sécurité.

Historiquement, le problème des systèmes à vis était la difficulté d'atteindre des longueurs de course plus longues. Les systèmes à vis peuvent généralement être fournis dans des longueurs allant jusqu'à 6 mètres en utilisant des paires de blocs de roulement pour soutenir la vis et arrêter tout effet de fouet à des vitesses de rotation plus élevées. Même à des vitesses inférieures, les vis plus longues doivent être soutenues pour éviter la flexion provoquée par leur propre poids. Ce système de support de bloc de roulement est traditionnellement constitué de paires de blocs reliés par une tige ou un fil. Les paires se déplacent ensemble le long du système de mouvement linéaire.

Lorsqu'un système nécessite une course plus longue, davantage de paires de blocs de roulement peuvent être ajoutées pour soutenir la vis selon des divisions régulières sur sa longueur. Avoir jusqu'à trois, voire quatre paires travaillant ensemble peut être pratique, mais connecter les tiges ou les fils entre les blocs devient difficile au-delà de ce nombre.

Des coups plus longs

Le premier défi pour obtenir une course plus longue est de créer un système capable d'offrir plus de points d'appui pour la vis la plus longue. Une solution consiste à supprimer le système connecté pour les blocs et à utiliser à la place un système dans lequel les blocs peuvent s'effondrer les uns sur les autres et se séparer si nécessaire. Une fois que les blocs atteignent leur position définie, ils y restent pour guider et soutenir la vis. Dans un tel système, 10, 12 voire 13 points d'appui peuvent être réalisés avec des paires de blocs de roulement. Ce système de support pour la vis à billes ou la vis mère peut permettre de longues distances de déplacement sans se plier ni fouetter.

Pour dépasser les 6 mètres de longueur, le prochain défi est de créer une vis plus longue. Cependant, en raison des contraintes liées à la matière première disponible, les vis ne sont normalement produites que jusqu'à 6 mètres de longueur. Alors, comment obtenir une longueur de course supérieure à 10 mètres ? La réponse réside dans la fixation de deux vis ensemble et dans l'utilisation de techniques de fabrication précises.

Les vis-mères et les vis à billes sont fabriquées sur une ligne de laminage et chaque pièce peut être produite avec un écart d'avance légèrement différent. Par conséquent, pour assembler deux parties, il faut surmonter les différences d’écart de déviation. Pour que deux vis soient assemblées avec succès, il faut utiliser des vis à billes de la plus haute précision avec le plus petit écart possible. Les vis à billes doivent être usinées avec précision, garantissant que la chaleur ne pénètre pas dans la pièce et ne modifie pas le diamètre ou la géométrie du pas. Même un écart aussi petit que 0,01 ou 0,001 millimètre peut créer des problèmes pour le système final.

Après l'usinage, les vis sont assemblées à l'aide d'un taraud et d'un trou avec un écart minimal entre les deux fils. Ils sont enfin fixés à l'aide d'un adhésif haute résistance. (Souder les vis ensemble modifierait à nouveau la géométrie et créerait des problèmes.)

Les systèmes à vis avec systèmes de blocs de support pliables et vis fabriquées avec précision peuvent être fabriqués dans des longueurs de 10,8 mètres ou plus. Un système avec une course de 2 à 3 mètres aurait une vitesse maximale d'environ 4 000 tr/min. Normalement, avec un système plus long, la vitesse de rotation devrait être considérablement réduite pour éviter le fouet. Mais, avec des supports supplémentaires, un système à vis pouvant atteindre 10 mètres de long peut fonctionner à 4 000 tr/min.

Applications de longue durée

Les systèmes à vis avec de grandes longueurs de course sont utilisés dans un large éventail d'industries pour fournir un positionnement linéaire précis. Un bon exemple est un système de soudage automatisé pour les tuyaux et tubes métalliques. Un positionnement précis d’une buse de soudage sur de grandes longueurs de course est nécessaire. Dans les applications où l'on soude des matériaux de haute qualité, comme le titane, l'opération est réalisée sous vide pour éviter l'oxydation du métal.

De nombreuses applications dans l’industrie automobile nécessitent de grandes distances de déplacement. Par exemple, les robots à six axes sont souvent montés sur des actionneurs linéaires à longue course pour les opérations de soudage ou d'entretien des machines. Bien que la vitesse ne soit pas un facteur critique pour le transport des bras de robot, une grande longueur et un positionnement très précis sont nécessaires.

La fabrication de câbles optiques est une opération continue à grande vitesse qui ne peut être arrêtée sans compromettre la qualité des fibres produites. Les câbles sont enroulés sur de grandes bobines. Lorsqu’une bobine est pleine, elle doit être remplacée rapidement pour minimiser la perte de produit. La précision et la rapidité sont essentielles à l’efficacité des processus. Les systèmes à vis longues peuvent offrir les deux dans cette application, ainsi que la capacité de supporter la lourde charge des bobines.

Toute application nécessitant le déplacement d'équipements lourds dans le plan vertical bénéficie de la rigidité et de la fonctionnalité de sécurité d'une vis linéaire. Dans l’industrie aéronautique, par exemple, les caméras de haute précision sont déplacées de haut en bas. Les vis supportent le poids lourd de manière sûre et précise. Dans de telles applications, des systèmes de guidage à billes spéciaux avec des billes de grand diamètre sont utilisés pour absorber le moment de charge dynamique.

Améliorations des systèmes existants

Dans de nombreuses applications de mouvements linéaires de grande longueur, la vis à billes reste complètement ouverte. Il existe deux problèmes courants avec de tels systèmes : soit le système ne peut pas fonctionner à la vitesse souhaitée, soit le système est difficile à entretenir, car la vis ouverte attire la poussière et les débris, ce qui nécessite un nettoyage régulier pour éviter une défaillance prématurée de l'écrou à bille.

Dans de telles applications, le support supplémentaire fourni par la configuration des blocs de roulements empilés signifie que la vis peut fonctionner à une vitesse beaucoup plus élevée. Les problèmes de nettoyage et de fiabilité peuvent être résolus à l’aide d’un système couvert et scellé qui protège la vis et offre des réductions significatives des besoins de maintenance. La vis fournie est protégée de la pénétration de poussière et de débris et, sans nettoyage régulier, peut maintenir des performances et une fiabilité optimales.

Dans un tel système, le chariot peut être équipé de canaux percés et reliés par un graisseur. Cela permet une lubrification à partir d'un seul point sans avoir à ouvrir le boîtier. Étant donné que l'unité ne doit jamais être ouverte, des quantités limitées de poussière ou d'eau peuvent pénétrer dans le système. Il est protégé même dans les environnements les plus sales.