Applications courantes des guides sur rail linéaire

Les rails linéaires constituent l'épine dorsale de nombreuses applications industrielles, offrant un guidage à faible frottement et une rigidité élevée pour des charges pouvant aller de quelques grammes à des milliers de kilogrammes. Leur gamme de tailles, de classes de précision et de précharges rend les rails linéaires adaptés à pratiquement toutes les exigences de performances.

Les raisons d'utiliser des rails linéaires sont nombreuses, mais leurs avantages les plus évidents par rapport aux autres types de guides sont la capacité de charge, la précision du déplacement et la rigidité. Par exemple, les guidages à arbre rond ne peuvent résister qu'aux charges descendantes ou de décollage, tandis que les guidages linéaires sur rail peuvent supporter à la fois les charges descendantes/soulèvement et les charges de moment. Et contrairement aux guides à rouleaux croisés, dont la course est souvent limitée à 1 mètre ou moins, les rails linéaires peuvent offrir de très grandes longueurs de course. Comparés aux guides à roulements lisses, les rails linéaires ont une rigidité et une rigidité plus élevées et ont souvent de meilleures caractéristiques charge/durée de vie.

Les guidages linéaires offrent également un haut niveau de précision de déplacement, grâce à l'usinage précis d'un ou des deux bords du rail, qui servent de surfaces de référence. Et avec deux, quatre ou six rangées d'éléments roulants – soit des billes sphériques, soit des rouleaux cylindriques – la rigidité est élevée et la déflexion du bloc de roulement est minime. Tous ces attributs se combinent pour fournir un système de guidage linéaire parfaitement adapté aux applications nécessitant une haute précision, une grande rigidité et une longue durée de vie.

【Applications à rail unique】

Étant donné que les rails linéaires sont dotés de billes (ou de rouleaux) de support de charge de chaque côté du rail, ils peuvent résister aux charges suspendues, même lorsqu'un seul rail est utilisé. (En revanche, les guides linéaires à arbre rond doivent être utilisés par paires lorsque des charges suspendues sont présentes.) En raison de cette fonctionnalité, de nombreuses applications utilisent un seul rail linéaire, pour économiser de l'espace ou pour éviter des problèmes de désalignement entre d'autres composants du système. Voici quelques exemples d’applications utilisant un seul rail linéaire…

Actionneurs linéaires – Les rails linéaires sont souvent le mécanisme de guidage de choix pour les actionneurs entraînés par des courroies, des vis ou des vérins pneumatiques, en raison de leur capacité à résister aux charges de moment. Ils peuvent également supporter des vitesses de déplacement allant jusqu'à 5 m/s, ce qui est important dans les systèmes à entraînement par courroie ou pneumatiques.

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

Robots à portique – La caractéristique déterminante d'un portique est qu'il possède deux axes X (et parfois deux Y et deux Z). Les axes individuels intègrent généralement un seul rail linéaire et sont entraînés par une vis ou un système de courroie et de poulie. Avec deux axes travaillant en parallèle (X et X', par exemple), de très bonnes capacités de moment sont obtenues, même si chaque axe ne possède qu'un seul rail linéaire.

【Applications à double rail】

Lorsque des moments de charge élevés sont présents, les rails linéaires peuvent être utilisés par paires, ce qui permet de transformer le moment de charge en forces exercées sur les blocs de roulement. Dans cette configuration, le mécanisme d'entraînement peut être monté entre les rails linéaires, ce qui rend l'ensemble du système très compact. Les applications à double rail linéaire incluent :

Platines linéaires – Les platines sont généralement des systèmes de très haute précision, ce qui signifie qu'une grande précision de déplacement et une déflexion minimale sont primordiales. Même si la charge est centrée sur la scène avec peu ou pas de moment de charge, des rails linéaires doubles sont souvent utilisés pour garantir une rigidité et une durée de vie maximales.

Machines-outils – Comme les platines, les machines-outils nécessitent des niveaux très élevés de précision de déplacement et de rigidité, pour garantir que l'outil produit des pièces de haute qualité. L'utilisation de deux rails en parallèle – généralement avec deux blocs de roulement par rail – garantit que la déflexion est minimisée. Les machines-outils sont également soumises à des charges très élevées, donc la répartition de la charge sur quatre blocs de roulement contribue à maximiser la durée de vie des roulements.

Robots cartésiens – Étant donné que les robots cartésiens n'utilisent généralement qu'un seul système linéaire par axe, il est important que chaque axe puisse résister à des moments de charge élevés. C'est pourquoi la plupart des axes de robot cartésiens sont construits à partir d'actionneurs linéaires intégrant deux guides linéaires en parallèle.

Unités de transport de robots – Les robots à six axes offrent un mouvement flexible pour les applications nécessitant une portée et une rotation dans de nombreuses directions. Mais si le robot doit se déplacer vers un autre poste ou une autre zone de travail, les systèmes à double rail peuvent agir comme un « septième axe », transportant l'ensemble du robot vers un nouvel emplacement. Un avantage significatif des rails linéaires dans ces applications est la possibilité de joindre plusieurs rails sur de très longues longueurs de déplacement, dépassant souvent 15 mètres.

Bien entendu, les rails linéaires ne constituent pas la solution idéale pour toutes les applications. Par exemple, les rails linéaires ne conviennent généralement pas aux applications dans l'espace grand public – telles que les guides de porte et les glissières de tiroirs – souvent en raison de leur coût. Et les rails linéaires nécessitent des surfaces de montage très précises, non seulement pour profiter des avantages de leur grande précision de déplacement, mais également pour éviter le grippage du bloc de roulement, ce qui peut entraîner une durée de vie réduite. Ils doivent également être entièrement supportés, contrairement aux systèmes à arbres linéaires, qui ne peuvent être supportés qu'aux extrémités. Cela signifie que non seulement le coût initial d'un rail linéaire est généralement plus élevé que celui d'un système à arbre rond ou à palier lisse, mais que le coût de préparation et de montage est également plus élevé.

Les rails linéaires peuvent également être perçus comme moins lisses ou « crantés » dans leurs propriétés de fonctionnement que les autres types de roulements. Cela est dû au contact qui se produit entre les billes (ou rouleaux) porteuses de charge et les chemins de roulement. La précharge d'un système de rail linéaire, qui est souvent effectuée pour augmenter la rigidité, peut exacerber la sensation d'« encoche » lorsque le bloc de roulement est déplacé le long du rail. (Cet effet disparaît à mesure que la charge est appliquée au roulement, mais la perception demeure 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 des systèmes à arbre rond, des guides à paliers lisses ou même des glissières à rouleaux croisés, peuvent être adaptés et moins coûteux.