Tout sur les guides linéaires miniatures

Les guidages linéaires miniatures, ou systèmes de rails linéaires miniatures, sont parfaits pour les applications où l'espace est limité, où une grande précision est requise ou où le poids est important. Il s'agit de versions réduites des guides linéaires standard, qui offrent des fonctionnalités similaires, mais aussi des caractéristiques spéciales :

Taille compacte : La principale caractéristique des guides linéaires miniatures est qu'ils sont nettement plus petits que les guides standard, ce qui les rend idéaux pour les applications où l'espace est limité, comme dans les appareils médicaux, l'automatisation à petite échelle et les instruments de précision. Souvent, les guidages linéaires miniatures sont utilisés lorsque l'espace libre est limité et que le profil vertical bas des guidages miniatures est attrayant pour le concepteur.

Léger : La petite taille et l'utilisation de matériaux légers font des guides linéaires miniatures la solution idéale pour les applications où la réduction du poids total du système est une priorité, comme dans les applications aérospatiales ou les équipements d'imagerie sensibles.

Fonctionnement silencieux : Les guides miniatures étant souvent utilisés dans les laboratoires, les environnements médicaux et d'autres applications sensibles, ces assemblages sont souvent conçus pour réduire les vibrations et les bruits rayonnés.

Comme les guides linéaires, les versions miniatures partagent une grande variété de longueurs de rails et de capacités de charge : pour augmenter la capacité, plusieurs rails parallèles peuvent être utilisés, de même que plusieurs blocs sur un seul rail. Les rails et les blocs des guides linéaires miniatures sont généralement fabriqués en acier inoxydable en raison de ses propriétés anticorrosion et de sa stabilité dimensionnelle, mais des matériaux légers tels que l'aluminium revêtu de céramique sont également utilisés.

Figure 1 Guides linéaires miniatures

Guides miniatures et glissières miniatures

Le terme "guide miniature" fait généralement référence à des assemblages de rails et de blocs entre lesquels sont montés des roulements à billes. Le frottement dans ces assemblages est réduit au minimum par le contact ponctuel des billes sur les rainures du rail et des blocs. Il s'agit d'assemblages de précision et, à moins qu'une cage ne soit incluse dans le système de blocs, les blocs ne peuvent souvent pas être facilement retirés du rail sans libérer les billes. Certaines applications de mouvement linéaire à faible frottement ne justifient pas cette haute précision et ce grand nombre de pièces. Pour ces applications, une glissière miniature peut être une option plus économique.

Fabriquées par plusieurs sociétés, dont PBC Linear, les glissières linéaires sont la version à palier lisse d'un guide linéaire, utilisant du PTFE (Frelon est un nom commercial courant) et d'autres matériaux à faible frottement comme interface entre la partie fixe et la partie mobile à la place des roulements à billes. Les matériaux en PTFE tels que le Frelon ont l'autre propriété intéressante d'être autolubrifiants, car une partie du PTFE souple est transférée du bloc au rail pendant le fonctionnement. Les glissières peuvent généralement supporter une charge quatre à huit fois supérieure à celle d'un guide comparable utilisant des roulements à billes, en raison de la surface d'appui beaucoup plus importante de la glissière. Si les glissières sont également beaucoup moins coûteuses que les guides en raison de leur simplicité, elles comportent bien sûr plus de friction qu'un guide. Les glissières ne sont pas non plus aussi précises que les guides à roulements à billes, car ces derniers ont une précharge réglable pour éliminer le jeu entre les billes et le rail.

Figure 2 Glissières miniatures

Considérations relatives à la conception des guides linéaires miniatures

Les guides linéaires permettent un mouvement contraint et prévisible d'une charge (sous-ensemble ou charge utile) le long d'un axe. Les concepteurs qui utilisent ces assemblages doivent tenir compte de diverses considérations lorsqu'ils spécifient les guides linéaires.

Polyvalence : Les guides linéaires peuvent être personnalisés de différentes manières, notamment en termes de longueur, de largeur et de configuration, afin de répondre aux exigences spécifiques de l'application et de la charge. Comme la jonction de segments de rail peut être problématique, il est important de trouver un système de rail avec des longueurs personnalisables pour maintenir un rail sans joints. La plupart des blocs ne sont pas destinés à être retirés souvent des rails : si le retrait sur place des blocs des rails est une considération importante, une glissière linéaire ou un guide à cage peut être une meilleure option si le frottement plus élevé et la précision moindre peuvent être tolérés.

Résistance à la corrosion : Certaines applications exigent qu'un guide linéaire fonctionne dans des environnements corrosifs tels que les environnements marins ou les processus industriels qui utilisent des produits chimiques corrosifs. Dans d'autres cas, comme les salles blanches, aucune huile ou graisse ne peut être tolérée. Les roulements doivent donc être capables de fonctionner pendant une longue période sans ces lubrifiants traditionnels. Lorsqu'elles peuvent être spécifiées, les glissières miniatures ont une durée de vie plus longue dans les environnements corrosifs que les guides à billes en raison de leur simplicité.

Facilité d'installation et de maintenance : Les guidages linéaires miniatures sont généralement conçus pour faciliter l'installation et la maintenance, avec des caractéristiques telles que des trous de montage pré-percés et, pour certains, la possibilité d'être facilement démontés pour le nettoyage ou le remplacement. Pour l'installation du rail sur la machine, un épaulement usiné contre lequel le rail s'aligne est une caractéristique de conception importante lorsqu'un alignement précis est nécessaire : la plupart des rails comportent une arête d'enregistrement à cet effet. Les blocs comportent souvent des trous taraudés sur la face supérieure pour le montage de l'ensemble mobile.

Certains blocs sont équipés de racleurs qui peuvent être installés sur les faces avant et arrière du bloc afin de maintenir les roulements à billes aussi propres que possible et de réduire les besoins de maintenance. Le concepteur devra s'assurer que l'assemblage est monté de manière à permettre l'accès à cet orifice pour l'entretien.

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Douille linéaire avec arbre rond vs. rail de guidage profilé : lequel utiliser ?

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Haute précision et exactitude : Les guides linéaires miniatures fournissent un mouvement linéaire précis et exact, ce qui est essentiel dans des applications telles que la fabrication de semi-conducteurs, l'automatisation des laboratoires et d'autres tâches de haute précision. Les fabricants utilisent plusieurs techniques pour améliorer la précision des guides linéaires, notamment une fonction réglable par l'utilisateur sur le bloc pour précharger le roulement. L'augmentation de la précharge comprime uniformément les billes du chemin de roulement du bloc contre le rail afin de réduire le jeu créé par la charge utile.

Faible friction et mouvement fluide : Les guides linéaires miniatures sont conçus avec diverses techniques astucieuses de retour des billes qui s'intègrent dans leur petit facteur de forme afin de minimiser les frottements et d'assurer un mouvement fluide du bloc le long du rail. Éviter les vibrations créées par le mouvement du bloc sur le rail est un objectif de conception important, particulièrement important dans les applications où le contrôle et la précision sont primordiaux, comme l'imagerie ou la découpe précise.

Capacité de charge élevée par rapport à la taille : Malgré leur petite taille, les guides linéaires miniatures peuvent supporter des charges relativement élevées grâce à l'utilisation de roulements à billes d'un diamètre aussi grand que possible. Si une friction ultra-faible n'est pas requise, le concepteur serait bien avisé d'envisager un chariot linéaire, qui peut généralement supporter quatre à huit fois la charge d'un guide à billes tout en conservant un profil suffisamment bas pour être considéré comme un roulement linéaire miniature.

Il est important de connaître le moment qui sera appliqué à l'ensemble du roulement par les charges décalées. Certains rails de guidage miniatures, comme ceux de THK, ont deux chemins de roulement incorporés dans le corps du bloc qui peuvent recevoir des charges dans toutes les directions et supporter un moment appliqué à l'aide d'un seul rail.

Les guidages linéaires miniatures de WON offrent également une capacité de charge exceptionnelle dans un espace très réduit grâce à un système de recirculation de billes à quatre points de contact qui présente des angles de chargement de 45 degrés permettant de supporter des charges provenant de nombreuses directions.

Applications des guides linéaires miniatures

Les guides linéaires miniatures sont les favoris des concepteurs lorsqu'ils ont besoin d'un profil bas, d'un poids léger ou d'un mouvement linéaire très précis. Ils sont notamment utilisés dans les applications suivantes :

• les systèmes médicaux, scientifiques et industriels d'imagerie et de photonique où de faibles vibrations et des mouvements fluides et reproductibles sont importants pour la mise au point, l'alignement des lasers et le positionnement ;
• les effecteurs finaux de l'automatisation industrielle pour lesquels un positionnement précis et léger est nécessaire ;
• l'impression 3D et l'usinage CNC pour le positionnement précis de pièces et de têtes d'outils dans de petits volumes ;
• les applications de métrologie et d'inspection utilisent des guides linéaires miniatures pour leurs tâches de mesure de haute précision ;
• les machines d'emballage et d'étiquetage à petite échelle utilisent des guides linéaires miniatures lorsque le positionnement précis est important ; et