Applications courantes des guides à rail linéaire

Les rails linéaires sont essentiels à de nombreuses applications industrielles, offrant un guidage à faible frottement et une grande rigidité pour des charges allant de quelques grammes à des milliers de kilogrammes. Leurs différentes dimensions, classes de précision et précharges permettent de répondre 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 la capacité de charge, la précision de déplacement et la rigidité. Par exemple, les guidages à arbre rond ne supportent que des charges descendantes ou de décollage, tandis que les guidages à rail linéaire supportent à la fois des charges descendantes/de décollage et des moments. De plus, contrairement aux guidages 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 guidages à paliers lisses, les rails linéaires offrent une rigidité et une rigidité supérieures, ainsi qu'un meilleur rapport charge/durée de vie.

Les guidages linéaires offrent également une grande précision de déplacement grâce à l'usinage précis d'un ou des deux bords du rail, qui servent de surfaces de référence. Grâce à deux, quatre ou six rangées d'éléments roulants – billes sphériques ou rouleaux cylindriques –, la rigidité est élevée et la déflexion du palier est minimale. Tous ces atouts se combinent pour offrir un système de guidage linéaire parfaitement adapté aux applications exigeant une précision, une rigidité et une durée de vie élevées.

【Applications à rail unique】

Grâce à leurs billes (ou rouleaux) de chaque côté, les rails linéaires peuvent supporter des charges radiales, même avec un seul rail. (En revanche, les guidages linéaires à arbre rond doivent être utilisés par paires en présence de charges radiales.) De ce fait, de nombreuses applications utilisent un seul rail linéaire, pour gagner de la place ou éviter les problèmes de désalignement entre les autres composants du système. Voici quelques exemples d'applications utilisant un seul rail linéaire…

Actionneurs linéaires – Les rails linéaires constituent souvent le mécanisme de guidage privilégié pour les actionneurs entraînés par courroies, vis ou vérins pneumatiques, en raison de leur capacité à supporter des charges de moment. Ils peuvent également supporter des vitesses de déplacement allant jusqu'à 5 m/s, un atout majeur 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 avec les systèmes de transport aérien, les rails linéaires constituent un excellent choix de guidage. Leur capacité de charge élevée permet le transport de charges lourdes, et la rigidité du rail linéaire contribue à la rigidité de l'ensemble du système.

Robots portiques – Un portique se caractérise par ses deux axes X (et parfois deux axes Y et deux axes Z). Chaque axe intègre généralement un seul rail linéaire et est entraîné par une vis ou un système poulie-courroie. Deux axes parallèles (X et X', par exemple) permettent d'obtenir d'excellentes capacités de couple, même si chaque axe ne possède qu'un seul rail linéaire.

【Applications à double rail】

En présence de charges de moment élevées, les rails linéaires peuvent être utilisés par paires, ce qui permet de convertir la charge de moment en forces sur les paliers. Dans cette configuration, le mécanisme d'entraînement peut être monté entre les rails linéaires, ce qui rend le système très compact. Les applications de rails linéaires doubles 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 platine avec un moment de charge faible ou nul, des rails linéaires doubles sont souvent utilisés pour optimiser la rigidité et la durée de vie des roulements.

Machines-outils – Tout comme les platines, les machines-outils requièrent une précision de déplacement et une rigidité très élevées pour garantir la production de pièces de haute qualité. L'utilisation de deux rails parallèles, généralement avec deux paliers par rail, minimise la déflexion. Les machines-outils sont également soumises à des charges très élevées ; répartir la charge sur quatre paliers permet donc de maximiser la durée de vie des roulements.

Robots cartésiens – Comme les robots cartésiens n'utilisent généralement qu'un seul système linéaire par axe, il est important que chaque axe puisse supporter des charges de moment élevées. C'est pourquoi la plupart des axes de robots cartésiens sont construits à partir d'actionneurs linéaires intégrant deux guides linéaires en parallèle.

Unités de transport robotisées – Les robots six axes offrent une grande flexibilité de mouvement pour les applications nécessitant une portée et une rotation multidirectionnelles. Si le robot doit se déplacer vers une autre station ou 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 est la possibilité de relier plusieurs rails pour des déplacements très longs, souvent supérieurs à 15 mètres.

Bien entendu, les rails linéaires ne constituent pas la solution idéale pour toutes les applications. Par exemple, ils ne sont généralement pas adaptés aux applications grand public, comme les guides de portes et les glissières de tiroirs, souvent en raison de leur coût. De plus, ils nécessitent des surfaces de montage très précises, non seulement pour bénéficier de leur grande précision de déplacement, mais aussi pour éviter le grippage du palier, susceptible d'en réduire la durée de vie. Ils doivent également être entièrement supportés, contrairement aux systèmes à arbre linéaire, qui ne peuvent être supportés que par les extrémités. Cela signifie que 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 aussi les coûts de préparation et de montage.

Les rails linéaires peuvent également être perçus comme moins lisses, ou « entaillés », dans leur fonctionnement, que les autres types de roulements. Cela est dû au contact entre les billes (ou les rouleaux) porteuses et les chemins de roulement. La précharge d'un système de rails linéaires, souvent utilisée pour augmenter la rigidité, peut accentuer la sensation d'entaillage lorsque le bloc de roulement est déplacé le long du rail. (Cet effet disparaît lorsque la charge est appliquée au roulement, mais la sensation 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 palier lisse ou même les glissières à rouleaux croisés, peuvent être adaptés et moins coûteux.