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

Les systèmes à entraînement par courroie constituent un choix évident pour les mouvements linéaires longs. Relativement simples, ces systèmes utilisent des poulies pour créer une tension le long de la courroie et peuvent atteindre rapidement des vitesses élevées. Cependant, lorsque ces systèmes atteignent des courses plus longues, des problèmes d'affaissement des courroies peuvent survenir. La tension ne peut alors plus être maintenue sur toute la longueur du système.

Le système présente également une importante flexibilité inhérente aux courroies en caoutchouc ou en plastique. Cette flexibilité sur toute la longueur du système peut provoquer des vibrations ou des à-coups, créant ainsi un effet de fouet sur le chariot. Si un procédé spécifique ne permet pas de gérer ce phénomène, un système à vis peut s'avérer une meilleure option. Ces systèmes sont dotés d'un élément mécanique fixe qui assure un contrôle total du chariot à tout moment, avec un arrêt et un positionnement précis.

La sécurité est un autre avantage des systèmes à vis. Les systèmes à courroie sont moins sûrs en raison du risque de rupture de la courroie. Une telle défaillance serait incontrôlable et, dans les applications verticales, la charge pourrait tomber et endommager les machines, voire le personnel. Un système à vis ne présente pas ce problème. Même en cas de défaillance, un système à vis empêcherait la charge de tomber et garantirait la sécurité.

Historiquement, le problème des systèmes à vis résidait dans la difficulté d'atteindre des courses plus longues. Les systèmes à vis peuvent généralement atteindre des longueurs allant jusqu'à 6 mètres, grâce à des paires de paliers qui soutiennent la vis et empêchent tout effet de fouettement à des vitesses de rotation plus élevées. Même à des vitesses plus faibles, les vis plus longues doivent être soutenues contre la flexion causée par leur propre poids. Ce système de support à paliers est traditionnellement constitué de paires de blocs reliés par une tige ou un fil. Ces paires se déplacent ensemble le long du système de mouvement linéaire.

Lorsqu'un système nécessite une course plus longue, il est possible d'ajouter des paires de paliers pour soutenir la vis à intervalles réguliers sur sa longueur. Il peut être pratique d'avoir jusqu'à trois, voire quatre paires, fonctionnant ensemble, mais au-delà, la connexion des tiges ou des fils entre les paliers devient difficile.

Coups plus longs

Le premier défi pour obtenir une course plus longue est de créer un système offrant davantage de points d'appui à la vis la plus longue. Une solution consiste à supprimer le système de connexion des blocs et à utiliser un système permettant aux blocs de s'emboîter et de se séparer selon les besoins. Une fois en position, les blocs restent en place 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 permet de réaliser de longues courses sans flexion ni fouettement.

Pour dépasser les 6 mètres de longueur, le défi suivant consiste à créer une vis plus longue. Cependant, en raison des contraintes liées à la matière première disponible, les vis ne sont généralement produites que jusqu'à 6 mètres de longueur. Comment atteindre une course de plus de 10 mètres ? La solution réside dans l'assemblage de deux vis et l'utilisation de techniques de fabrication précises.

Les vis à billes et les vis à billes sont fabriquées sur une ligne de laminage, et chaque pièce peut présenter un écart de pas légèrement différent. L'assemblage de deux pièces nécessite donc de compenser ces différences. Pour un assemblage réussi, il est nécessaire d'utiliser des vis à billes de la plus haute précision, présentant un écart minimal. Les vis à billes doivent être usinées avec précision, afin d'éviter toute pénétration de chaleur dans la pièce et toute modification du diamètre ou de la géométrie du pas. Même un écart de 0,01 ou 0,001 millimètre peut engendrer des problèmes pour le système final.

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

Les systèmes à vis avec blocs de support démontables et vis de précision peuvent atteindre 10,8 mètres de longueur ou plus. Un système avec une course de 2 à 3 mètres a 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 fouettement. Cependant, avec des supports supplémentaires, un système à vis jusqu'à 10 mètres de longueur peut fonctionner à 4 000 tr/min.

Applications de longue durée

Les systèmes à vis à grandes courses sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels pour assurer un positionnement linéaire précis. Un bon exemple est le système de soudage automatisé pour tubes et tuyaux métalliques. Le positionnement précis d'une buse de soudage sur de grandes courses est requis. Dans les applications où des matériaux de haute qualité sont soudés, 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 courses. Par exemple, les robots six axes sont souvent montés sur des actionneurs linéaires à grande course pour les opérations de soudage ou de surveillance de machines. Bien que la vitesse ne soit pas un facteur critique pour le transport des bras robotisés, une grande longueur et un positionnement très précis sont nécessaires.

La fabrication de câbles optiques est une opération continue et à grande vitesse qui ne peut être interrompue 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 afin de minimiser les pertes de produit. Précision et rapidité sont essentielles à l'efficacité du processus. Les systèmes à vis longues offrent ces deux avantages dans cette application, tout en étant capables 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 sécurité d'une vis linéaire. Dans l'industrie aéronautique, par exemple, des caméras de haute précision sont déplacées verticalement. Les vis supportent ce poids important avec précision et sécurité. Dans ces applications, des systèmes de guidage à billes spéciaux, dotés de billes de grand diamètre, sont utilisés pour absorber le moment de charge dynamique.

Améliorations des systèmes existants

Dans de nombreuses applications de mouvement linéaire de grande longueur, la vis à billes est laissée complètement ouverte. Deux problèmes courants se posent avec ces systèmes : soit le système ne peut pas fonctionner à la vitesse souhaitée, soit il 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 billes.

Dans de telles applications, le support supplémentaire apporté par la configuration à paliers superposés permet à la vis de fonctionner à une vitesse beaucoup plus élevée. Les problèmes de nettoyage et de fiabilité peuvent être résolus grâce à un système scellé et couvert qui protège la vis et réduit considérablement les besoins de maintenance. La vis fermée est protégée de la poussière et des 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 relié à un graisseur. Cela permet une lubrification en un seul point, sans avoir à ouvrir le carter. L'unité n'ayant jamais besoin d'être ouverte, la pénétration de poussière ou d'eau est limitée. Le système est protégé même dans les environnements les plus sales.