Applications courantes des guides de rails linéaires

Les rails linéaires sont essentiels à de nombreuses applications industrielles, assurant un guidage précis et une grande rigidité pour des charges allant de quelques grammes à plusieurs milliers de kilogrammes. Leur large gamme de dimensions, de classes de précision et de précharges les rend adaptés à pratiquement toutes les exigences de performance.

Les raisons d'utiliser des rails linéaires sont nombreuses, mais leurs avantages les plus évidents par rapport aux autres types de guidages sont leur capacité de charge, leur précision de déplacement et leur rigidité. Par exemple, les guidages à arbre rond ne supportent que les charges verticales ou de levage, tandis que les guidages à rail linéaire supportent à la fois les charges verticales/de levage et les moments de flexion. Contrairement aux guidages à rouleaux croisés, dont la course est souvent limitée à un mètre ou moins, les rails linéaires permettent des courses beaucoup plus importantes. Comparés aux guidages à paliers lisses, les rails linéaires présentent une rigidité et une raideur supérieures, et offrent généralement de meilleures caractéristiques de charge et de durée de vie.

Les guidages linéaires offrent une grande précision de déplacement grâce à un usinage précis d'un ou des deux bords du rail, qui servent de surfaces de référence. Avec deux, quatre ou six rangées d'éléments roulants – billes sphériques ou rouleaux cylindriques – la rigidité est élevée et la déformation du palier minimale. L'ensemble de ces caractéristiques confère au système de guidage linéaire une adéquation parfaite aux applications exigeant une grande précision, une rigidité élevée et une longue durée de vie.

【Applications à rail unique】

Les rails linéaires, munis de billes (ou de rouleaux) de support de charge de chaque côté, peuvent supporter des charges en porte-à-faux, même avec un seul rail. (À l'inverse, les guidages linéaires à arbre rond doivent être utilisés par paires en présence de charges en porte-à-faux.) Grâce à cette caractéristique, de nombreuses applications utilisent un seul rail linéaire, soit pour gagner de la place, soit pour éviter les problèmes de désalignement avec les autres composants du système. Voici quelques exemples d'applications utilisant un seul rail linéaire…

Actionneurs linéaires – Les rails linéaires sont souvent privilégiés pour le guidage des actionneurs entraînés par courroies, vis ou vérins pneumatiques, en raison de leur capacité à supporter des moments de force. Ils permettent également des vitesses de déplacement jusqu'à 5 m/s, un atout important pour les systèmes à courroies ou pneumatiques.

Systèmes de transport aérien – Lorsque les charges sont centrées sous le rail et le palier, comme c'est souvent le cas pour les systèmes de transport aérien, les rails linéaires constituent un excellent choix pour le guidage. Leur capacité de charge élevée permet le transport de charges lourdes, et la rigidité du rail linéaire contribue à rigidifier l'ensemble du système.

Robots portiques – La caractéristique principale d'un portique est la présence de deux axes X (et parfois deux axes Y et deux axes Z). Chaque axe est généralement constitué d'un seul rail linéaire et entraîné par une vis ou un système de courroie et de poulie. Le fonctionnement en parallèle de deux axes (X et X', par exemple) permet d'atteindre des capacités de couple très élevées, malgré la présence d'un seul rail linéaire par axe.

【Applications à double rail】

En présence de charges de moment élevées, les rails linéaires peuvent être utilisés par paires, ce qui permet de répartir la charge de moment sur les paliers. Dans cette configuration, le mécanisme d'entraînement peut être monté entre les rails linéaires, ce qui rend le système global très compact. Exemples d'applications avec deux rails linéaires :

Les platines linéaires sont généralement des systèmes de très haute précision, ce qui implique qu'une grande précision de déplacement et une flèche minimale sont primordiales. Même si la charge est centrée sur la platine avec un moment de flexion faible ou nul, on utilise souvent des rails linéaires doubles pour optimiser la rigidité et la durée de vie des roulements.

Machines-outils – À l’instar des platines, les machines-outils exigent une précision et une rigidité de déplacement très élevées afin de garantir la production de pièces de haute qualité. L’utilisation de deux rails en parallèle – généralement avec deux paliers par rail – permet de minimiser la flèche. Les machines-outils sont également soumises à des charges très importantes ; répartir la charge sur quatre paliers contribue donc à maximiser la durée de vie des roulements.

Robots cartésiens – Les robots cartésiens n'utilisant généralement qu'un seul système linéaire par axe, il est essentiel que chaque axe puisse supporter des moments de force élevés. C'est pourquoi la plupart des axes de robots cartésiens sont constitués d'actionneurs linéaires intégrant deux guides linéaires en parallèle.

Unités de transport de robots – Les robots à six axes offrent une grande flexibilité de mouvement pour les applications nécessitant une portée et une rotation multidirectionnelles. Cependant, si le robot doit se déplacer vers un autre poste ou une autre zone de travail, les systèmes à double rail peuvent servir de « septième axe », transportant l'ensemble du robot vers un nouvel emplacement. Un avantage majeur des rails linéaires dans ces applications réside dans la possibilité d'assembler plusieurs rails pour des déplacements de très grande longueur, dépassant souvent 15 mètres.

Bien entendu, les rails linéaires ne constituent pas la solution idéale pour toutes les applications. Par exemple, ils ne conviennent généralement pas aux applications grand public, telles que les guides de porte et les coulisses de tiroir, souvent en raison de leur coût. De plus, les rails linéaires exigent des surfaces de montage très précises, non seulement pour bénéficier de leur grande précision de déplacement, mais aussi pour éviter le grippage du palier, qui peut réduire leur durée de vie. Ils doivent également être entièrement supportés, contrairement aux systèmes à arbre linéaire, qui ne peuvent être supportés qu'à leurs extrémités. Ainsi, non seulement le coût initial d'un rail linéaire est généralement plus élevé que celui d'un arbre rond ou d'un système à palier lisse, mais les coûts de préparation et de montage le sont également.

Les rails linéaires peuvent également donner l'impression d'un roulement moins fluide, voire « saccadé », que d'autres types de roulements. Ceci est dû au contact entre les billes (ou les rouleaux) porteuses de charge et les chemins de roulement. La précharge d'un système de rail linéaire, souvent appliquée pour accroître sa rigidité, peut accentuer cette sensation de « saccades » lors du déplacement du bloc de roulement le long du rail. (Cet effet disparaît sous charge, mais la perception persiste souvent.)

Pour les applications qui ne nécessitent pas la capacité de charge, la rigidité ou la précision de déplacement d'un rail linéaire, d'autres guides linéaires – tels que les systèmes à arbre rond, les guides à paliers lisses ou même les glissières à rouleaux croisés – peuvent convenir et être moins coûteux.