Les rails linéaires sont des ensembles linéaires dotés de deux pistes parallèles contenant des billes ou des rouleaux de support de charge.
Véritable épine dorsale de nombreuses applications industrielles, ils assurent un guidage à faible frottement et une grande rigidité pour des charges allant de quelques grammes à des milliers de kilogrammes.
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Grâce à leur variété de tailles, de classes de précision et de précharges, les rails linéaires peuvent 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 guides sont la capacité de charge, la précision de déplacement et la rigidité.
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Par exemple, les guides à arbre rond ne peuvent supporter que des charges descendantes ou de soulèvement, alors que les guides à rail linéaire peuvent supporter à la fois des charges descendantes/de soulèvement et des charges de moment.
Et contrairement aux guides à rouleaux croisés, pour lesquels 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 paliers lisses, les rails linéaires présentent une rigidité plus élevée et ont souvent de meilleures caractéristiques de charge/durée de vie.
Les guides linéaires offrent également un niveau élevé 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 déviation du bloc de roulement est minimale.
Tous ces attributs se combinent pour fournir un système de guidage linéaire parfaitement adapté aux applications qui exigent une haute précision, une grande rigidité et une longue durée de vie.
Applications à rail unique
Comme les rails linéaires sont équipés de billes (ou de rouleaux) supportant la charge de chaque côté du rail, ils peuvent supporter des charges en porte-à-faux, même lorsqu’un seul rail est utilisé. (En revanche, les guides linéaires à arbre rond doivent être utilisés par paires en présence de charges en porte-à-faux).
En raison de cette caractéristique, de nombreuses applications utilisent un seul rail linéaire, pour économiser de l’espace ou pour éviter les problèmes de désalignement entre les autres composants du système. Voici quelques exemples d’applications qui utilisent un seul rail linéaire.
Actionneurs linéaires – Les rails linéaires sont souvent le mécanisme de guidage de choix pour les actionneurs qui sont entraînés par des courroies, des vis ou des cylindres 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/sec, ce qui est important pour les systèmes à entraînement par courroie ou pneumatique.
Systèmes de transport aérien – Lorsque les charges sont centrées sous le rail et le palier, comme c’est souvent le cas dans les systèmes de transport aérien, les rails linéaires sont une bonne solution.
Robots à portique – La caractéristique principale d’un portique est qu’il possède deux axes X (et parfois deux axes Y et deux axes Z).
Les différents axes comportent 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 réalisées, même si chaque axe ne possède qu’un seul rail linéaire.
Applications à double rail
Lorsque des charges de moment élevées sont présentes, les rails linéaires peuvent être utilisés par paires, ce qui permet de résoudre la charge de moment en forces sur les blocs de roulement.
Dans cette configuration, le mécanisme d’entraînement peut être monté entre les rails linéaires, ce qui rend le système global très compact. Les applications des rails linéaires doubles comprennent :
Les 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 peu ou pas de moment de charge, les rails linéaires doubles sont souvent utilisés pour garantir une rigidité et une durée de vie maximales des roulements.
Machines-outils – Comme les platines, les machines-outils exigent des niveaux très élevés de précision et de rigidité du déplacement, afin de garantir que l’outil produise des pièces de haute qualité.
L’utilisation de deux rails en parallèle – généralement avec deux blocs de roulements par rail – permet de minimiser la déflexion.
Les machines-outils subissent également des charges très élevées, de sorte que la répartition de la charge sur quatre blocs de roulements permet 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 des robots cartésiens sont construits à partir d’actionneurs linéaires qui intègrent deux guides linéaires en parallèle.
Unités de transport du robot – Les robots à six axes offrent un mouvement flexible pour les applications qui nécessitent une portée et une rotation dans de nombreuses directions.
Mais si le robot doit se déplacer vers une autre station ou une autre zone de travail, les systèmes à double rail peuvent agir comme un « septième axe », en transportant l’ensemble du robot vers un nouvel emplacement.
Un avantage important des rails linéaires dans ces applications est la possibilité de joindre plusieurs rails pour obtenir de très grandes longueurs de déplacement – souvent supérieures à 15 mètres.
Bien sûr, les rails linéaires ne sont pas la solution parfaite pour toutes les applications. Par exemple, les rails linéaires ne conviennent généralement pas aux applications dans le domaine de la consommation – comme les guides de porte et les glissières de tiroir – souvent en raison de leur coût.
Les rails linéaires nécessitent des surfaces de montage très précises, non seulement pour bénéficier de leur grande précision de déplacement, mais aussi pour éviter le blocage du bloc de roulement, qui peut réduire la durée de vie.
Ils doivent également être entièrement supportés, contrairement aux systèmes d’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 étant moins lisses, ou « crantés », dans leurs propriétés de roulement que les autres types de roulements. Ceci est dû au contact qui se produit entre les billes porteuses (ou les rouleaux) 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 lorsque la charge est appliquée au roulement, mais la perception demeure souvent).
Pour les applications qui n’exigent 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.
