Le guidage linéaire sous toutes ses formes

 

Système high-tech utilisé en salle blanche, doté de systèmes de roulements linéaires Schneeberger.

Une gamme diversifiée et des réalisations spéciales

Le choix du guidage linéaire adéquat dépend essentiellement de l’application. C’est pourquoi la gamme de éléments linéaires est très diversifiée. Dans la palette des produits universels polyvalents, l’entreprise propose des guidages à rouleaux de types R et RD. L’utilisation de patins rend théoriquement réalisable une course illimitée. Toutefois, si l’utilisateur a besoin d’une course de valeur bien définie, les variantes à rouleaux guidés par cage de type RN ou RNG constituent la meilleure solution, avec des résultats optimaux en matière de capacité de charge et de rigidité.

Si l’application nécessite un fonctionnement particulièrement équilibré, où la capacité de charge et la rigidité jouent un rôle plus secondaire, les guidages à billes de type R ou RD procurent des résultats satisfaisants. En revanche, pour les exigences élevées en matière de capacité de charge, haute rigidité et précision maximale, il est recommandable d’utiliser des guidages à aiguilles de type N/O ou M/V avec cage assistée. Cette solution évite l’instauration de vibrations, optimisant de la sorte le fonctionnement du système.

Tous ces guidages linéaires sont disponibles en plusieurs dimensions et catégories de puissance. Toutefois, si l’utilisateur ne trouve pas la solution qu’il lui faut dans le catalogue standard, l’entreprise propose également des produits fabriqués sur mesure pour satisfaire à tous ses souhaits. Selon le processus de trempe utilisé, les guidages peuvent être réalisés en longueurs de 60 x 320 mm et 6 m (trempe par induction) ou 50 x 150 mm et 3 m (trempe à cœur). Ceci permet d’obtenir une précision de 2 µm par mètre et des qualités d’état de surface jusqu’à Ra = 0,3 µm, en rectification périphérique.

 

Guidage linéaire à billes.

Des guidages miniatures

Les guidages miniatures à rails profilés de type Minirail, certes petits en termes de dimensions, sont néanmoins robustes, précis et polyvalents.

Pour les utilisateurs exigeants axés sur la précision mais ne disposant que d’un volume restreint dans un espace confiné, les éléments de cette gamme constituent un choix intéressant, ces produits autorisant en effet des déplacements linéaires à la fois très rapides et précis. La technique médicale, les équipements de mesure et le laser, la nanotechnique, la micro-électronique et l’industrie des semi-conducteurs comptent parmi les domaines d’application privilégiés. Cette gamme est disponible en huit profils de rails et quatre largeurs de chariots différentes. L’utilisateur a en outre le choix entre deux classes de précision et de précontrainte.

La productivité constitue un facteur important dans tous les domaines d’application. Une exigence à laquelle répond la série Minirail, avec des valeurs d’accélération jusqu’à 300 m/s² et des vitesses de déplacement jusqu’à 5 m/s. Les éléments de recirculation pour service intensif, intégrés aux chariots, jouent un rôle décisif. Grâce à leur forme bien étudiée, ces derniers sont capables de supporter des forces centrifuges considérables.

Ces guidages miniatures très précis sont conçus en acier trempé-rectifié, hautement résistant à la corrosion. Ils sont dès lors adaptés aux applications les plus diverses, même celles qui se caractérisent par des accélérations très rapides et/ou des sollicitations extrêmes. Les utilisations dans les plages de températures étendues, ainsi que pour les applications en vide poussé, ne présentent aucun problème. Ces éléments sont en outre interchangeables.

 

Guidages miniatures Minirail.

Les systèmes à rails profilés avec mesure absolus ou incrémentale

Pour assurer des déplacements linéaires particulièrement exacts, le guidage linéaire à rails profilés est tout indiqué. A cela s’ajoute l’extrême précision à laquelle la longueur doit être mesurée. Un système intégré pour une mesure de la distance, offre des solutions rentables pour les applications les plus diverses.

Les utilisateurs de systèmes d’entraînement linéaire formulent principalement leurs exigences sous la forme de deux critères apparemment antagonistes: une précision maximale et le meilleur rapport qualité/prix.

Les différences concernent généralement la dimension et le mode d’exécution. Schneeberger propose à cet effet des solutions adaptées aux applications les plus variées, plus précisément le système de mesure AMS (absolu ou incrémental) intégré aux guidages à rails profilés Monorail et Miniscale. Avec cette solution, le système mobile effectuera toujours des déplacements avec une précision de répétition maximale, tout en respectant les tolérances de trajectoire les plus rigoureuses.

Étant donné que le guidage et le système de mesure sont parfaitement adaptés l’un à l’autre, l’utilisateur peut évitera des travaux de montage et d’ajustage onéreux. Les solutions AMS intégrées, aussi bien absolues qu’incrémentales, garantissent des classes de précision effectives de ±5 µm par mètre. Avec le système absolu, les données de position sont disponibles immédiatement après la mise en marche de l’installation. La surveillance des erreurs est tout aussi bien intégrée que l’indication de l’état de fonctionnement. Par ailleurs, le système AMS incrémental avec indice de protection IP68 peut être utilisé sans problème dans des conditions difficiles, par exemple dans des environnements poussiéreux et humides.

Le rail profilé d’une seule pièce peut atteindre une longueur maximale de six mètres. Il est toutefois possible d’abouter au besoin plusieurs rails Monorail. Combinée au système de mesure AMS long, la longueur de mesure peut alors atteindre plus de 100 m.

Mais ces systèmes de mesure intégrés ne s’appliquent pas qu’aux grands ensembles. La combinaison du système de guidage et de mesure convient aussi à des applications de petit volume, comme c’est par exemple le cas avec les platines de microscopes. Le Miniscale, basé sur le Minirail, convient particulièrement aux utilisations de ce genre. Il bénéficie d’une résolution de 0,1 µm et est à même de mesurer des longueurs jusqu’à 1000 mm. Son système de mesure optique, particulièrement compact, permet dès lors des constructions denses et légères.

 

Mesure intégrée.

Microtables sur roulements

Les tables sur roulements miniatures Minislide constituent des alternatives intéressantes pour toutes les applications qui exigent une précision maximale et une sécurité de procédé élevée, dans les espaces les plus exigus. Ces guidages miniatures de la nouvelle génération se distinguent en outre par leur rigidité remarquable et leur capacité d’encaisser de grandes forces.

Ils sont disponibles en deux versions (MSQ et MS), avec des largeurs de rail comprises entre 4 et 15 mm, ainsi qu’avec différentes valeurs de courses. Tous se caractérisent par un poids réduit, ainsi que par une capacité de charge et une rigidité excellentes.

Les guidages miniatures Minislide MSQ 7, 9, 12 et 15 disposent de quatre pistes circulaires à géométrie en O. Cette disposition génère d’importants entraxes à la surface d’appui, ce qui assure une excellente stabilité statique et dynamique. Avec un déplacement des glissières de 90°, les guidages font état d’une capacité de charge élevée et uniforme dans toutes les directions, ainsi que d’une grande rigidité du couple. Le nombre élevé d’éléments de roulement procure en outre une grande rigidité du système, assurant ainsi la plus haute précision.

De plus, les concepteurs ont équipé les guidages miniatures MSQ d’un système de contrôle de la cage particulièrement développé et robuste, capable d’éliminer totalement la migration de la cage. Le système de denture du contrôle de la cage est intégré directement dans le chariot et le rail. La cage et les pignons sont fabriqués en matériau synthétique de haute qualité. Cette conception compacte et robuste, avec un nombre minimum d’éléments intégrés, garantit une grande fiabilité dans toutes les conditions de fonctionnement. Ni les applications à installation verticale, ni les variations de température ne provoquent une quelconque migration de la cage. Le temps de cycle est réduit, grâce à l’augmentation des vitesses de déplacement et des accélérations.

Le profil «gothique» des guidages Minislide MS 4 et MS 5 permet de supporter des charges dix fois supérieures à celles prises en charge par les profils traditionnels en V à 90°. Cependant, des causes extérieures comme une distribution inégale de la charge ou des accélérations importantes, auraient tendance à faire quitter à la cage sa position centrale, ce qui constitue un problème récurrent avec les guidages linéaires de ce type. Motif: la cage se déplace librement sur l’axe longitudinal. Recentrer la cage à l’aide de courses de correction exige du temps et de l’énergie. Les concepteurs de Schneeberger ont toutefois réussi à réduire considérablement la migration de la cage pour la série MS. Points essentiels à cet effet: les guidages miniatures sont équipés de cages d’une seule pièce. Un système intégré aide en outre à recentrer rapidement la cage qui a migré.

 

«Microtable» sur roulements.

Des systèmes de positionnement fonctionnant en salle blanche

Les systèmes de positionnement utilisés dans des branches de l’industrie particulièrement exigeantes telles l’industrie des semi-conducteurs et les équipements médicaux ou solaires, doivent garantir un degré extrême de précision et de fiabilité tout en remplissant les exigences très strictes en matière de pureté. Des solutions personnalisées remplissent ces exigences de manière optimale. C’est notamment grâce à la nouvelle salle blanche, spécialement adaptée à la fabrication de ces systèmes, que Schneeberger a pu atteindre cet objectif.

Ce constructeur dispose en outre de produits spécialement adaptés aux branches les plus diverses de l’industrie. Cela inclut également l’industrie des semi-conducteurs et l’ingénierie médicale. Ces utilisateurs exigent, outre la précision et la fiabilité, un degré particulièrement élevé de pureté (absence de contamination). Pour pouvoir garantir le degré de pureté de ses réalisations, Schneeberger a donc investi dans une nouvelle salle blanche selon la norme ISO 6, exclusivement consacrée à la fabrication de systèmes de positionnement. Ces derniers doivent remplir des exigences spécifiques particulièrement élevées en matière de degré de pureté.

Toutefois, l’état des unités de déplacement à la livraison n’est pas le seul facteur déterminant pour la pureté au cours du processus de fabrication ultérieur chez l’utilisateur. Tout déplacement mécanique entraîne en effet un frottement qui provoque de l’abrasion, laquelle constitue également une source de contamination, si minime soit-elle. Les techniciens et ingénieurs de Schneeberger connaissent exactement les endroits où ces particules minuscules peuvent apparaître. Ils ont en conséquence conçu des systèmes pour prévenir leur apparition en cours de processus. Cela fonctionne par exemple en accumulant de l’électricité statique au niveau des emplacements locaux soumis à l’effet d’abrasion généré par le déplacement des billes dans les systèmes de guidages linéaires. À l’aide du système Schneeberger, les particules les plus fines adhèrent localement et sont tenues à l’écart du processus de fabrication. Un revêtement en silicone des chaînes porte-câbles (autre élément soumis aux frottements) est utilisé pour réduire significativement la quantité des particules ainsi générées.

 

Détail du mécanisme d’une «microtable».

Guidages linéaires à rails profilés à haute capacité de charge

Lorsqu’il s’agit de déplacer avec précision des charges importantes, comme c’est le cas avec les machines-outils, qu’il s’agisse de fraiseuses, centres d’usinage, tours, poinçonneuses ou rectifieuses, il faut faire appel entre autres à des guidages linéaires rigides, précis et fiables. La gamme de fabrication Monorail MR constitue une solution adaptée aux applications et aux catégories de puissances les plus diverses. Ces systèmes permettent de déplacer avec une haute précision des éléments mobiles d’une masse pouvant atteindre 150 t.

Que ce soit dans la fabrication de gros moteurs, la construction de centrales électriques, la mécanique de précision, l’industrie aéronautique et spatiale, le mécano-soudé ou dans d’autres domaines mécaniques, les pièces à usiner dans les centres d’usinage ou autres machines-outils sont souvent extrêmement lourdes. Néanmoins, leur fabrication exige un très haut niveau de précision. L’emploi de guidages linéaires est fondamental à cet effet. C’est donc pour ce genre d’applications que les ingénieurs et les techniciens de Schneeberger ont conçu les guidages linéaires à rails profilés de la gamme de fabrication Monorail MR.

Parfaitement adaptés à ces tâches, ces systèmes sont disponibles en cinq tailles différentes. Pour des applications normales, ils peuvent être soumis à une accélération standard pouvant atteindre 50 m/s² et sont conçus pour une vitesse maximale de 3 m/s.

Le modèle phare de la gamme, le guidage MR 100, dispose d’une capacité de charge de 1,5 MN (soit 150 ts), ce qui le prédestine particulièrement au transfert de lourdes charges. Schneeberger peut en outre fournir toutes les tailles dans la classe de précision la mieux adaptée aux exigences spécifiques de l’application, depuis la classe G3 (standard) jusqu’à la classe de haute précision G0, en passant par les classes G2 et G1. Les guidages peuvent être complétés judicieusement en intégrant le système AMS de mesure des longueurs.

La structure fondamentale de tous les systèmes Monorail MR est identique. Le bâti du chariot-guide ainsi que le rail de guidage sont réalisés en acier trempé de haute qualité. Cela permet de garantir une longue durée de vie. Des rouleaux de formes spéciales servent d’éléments roulants, ce qui revêt une grande importance pour la rigidité de l’ensemble, tout en assurant une capacité élevée de charge dynamique et statique des systèmes.

Pour empêcher la pénétration de la saleté tout en assurant la lubrification, les concepteurs du système ont doté les plaques d’extrémité avant de joints racleurs longitudinaux à doubles lèvres. En prévision d’une utilisation dans des conditions climatiques extrêmes, Schneeberger propose en option des joints racleurs supplémentaires. Ceux-ci peuvent être même emboutis directement par retournement sur le rail, afin de pouvoir être simplement remplacés ou complétés entre les chariots-guides.

Les chariots-guides de la gamme de fabrication MR disposent d’un maximum de 20 raccordements de lubrification différents pouvant être mis en service en fonction de l’application. Des raccordements spéciaux de lubrification pour les utilisations à faible course, une lubrification indépendante des glissières et une lubrification à quantité minimale composée d’un mélange d’air et d’huile sont également disponibles. La longueur maximale d’un rail monobloc est à chaque fois 6000 mm pour les tailles 25, 35, 45, 55 et 65. La longueur maximale du rail de guidage du système MR 100 est de 3000 mm. Des longueurs de rail plus importantes peuvent être réalisées facilement en aboutant avec précision plusieurs éléments de rails.

 

Les guidages MR sont disponibles en cinq grandeurs.

Déplacement linéaire dans limites

Les crémaillères comptent parmi les éléments d’entraînement linéaires les plus économiques et sont typiquement utilisés pour des distances de déplacement de plus de deux mètres. Leur rigidité absolue, qui reste constante sur toute la longueur, représente un avantage particulier. Grâce à cette caractéristique, les crémaillères permettent de transférer des forces axiales quasi illimitées. Par exemple, le module 12 autorise déjà une valeur de 480’000 N. Schneeberger est toutefois en mesure de produire des crémaillères à denture rectifiée jusqu’au module 20.

Les crémaillères sont réalisées aussi bien à denture droite qu’à denture hélicoïdale. Elles sont disponibles de série en différentes tailles et en plusieurs longueurs, jusqu’à trois mètres d’un seul tenant, à division métrique ou modulaire.

Des crémaillères adaptées à chaque cas d’utilisation particulier peuvent être réalisées selon les spécifications du client. L’utilisateur peut également choisir entre une version fraisée ou rectifiée. Ces produits se déclinent en différentes qualités, avec des états de surface jusqu’à Ra = 0,3 µm et, sur le plan de la qualité de la denture, le constructeur propose des crémaillères de degré Q11 à Q4. Ce dernier correspondant à une erreur maximale de 3 µm entre les dents. Concernant la dureté de la surface, l’utilisateur a le choix entre l’état naturel, traité, nitruré, trempé à cœur, trempé par induction ou cémenté-trempé, respectivement rectifié.

 

Crémaillère à denture inclinée.

Structures de machines complètes sur base en fonte minérale

Schneeberger conçoit et fabrique non seulement des composants spécifiques, mais également des systèmes intégraux, avec depuis maintenant cinq ans des structures préfabriquées en fonte minérale. Les aptitudes remarquablement élevées de ce matériau à absorber les vibrations lui confèrent des propriétés optimales pour les systèmes linéaires hautement dynamiques.

La fonte minérale est le matériau idéal pour tous les grands éléments structuraux des machines devant remplir des exigences sévères à la fois en matière de niveau élevé de précision et de capacité dynamique des déplacements. La fonte minérale dispose clairement d’avantages techniques, économiques et écologiques par rapport à l’acier ou la fonte. Son excellent niveau d’amortissement des vibrations, sa résistance aux produits chimiques et sa stabilité thermique en font un matériau rêvé, non seulement pour la construction de machines-outils, mais également pour l’ingénierie médicale, le solaire, les industries de l’électronique et de l’emballage, entre autres secteurs industriels.

 

Embase de machine en fonte minérale avec assemblage de dispositifs de guidage.

Forte de son expérience acquise sur ce matériau, Schneeberger en a conclu que les pièces en fonte minérale conçues de manière adaptée à la matière mise en œuvre et prêtes à monter, sont jusqu’à 30 pour cent moins chères par rapport à des éléments similaires en fonte grise ou en mécano-soudé comparables, tout en réduisant les temps d’usinage et les délais de livraison. Une bonne raison, non seulement pour utiliser la fonte minérale, mais aussi pour en produire soi-même. L’usine de Cheb en République tchèque, ouverte en 2007, se profile aujourd’hui comme la plus moderne d’Europe à garantir des produits de qualité élevée avec une haute précision d’usinage et un respect très strict des délais de livraison. Depuis 2010, une nouvelle usine est opérationnelle en Chine.

C’est précisément cette combinaison avec l’activité principale de Schneeberger en matière de systèmes linéaires qui procure à l’utilisateur des avantages décisifs. La fonte minérale atteint un niveau d’amortissement jusqu’à dix fois supérieur à celui de l’acier ou de la fonte grise, ce qui confère une grande stabilité dynamique aux structures, assurant de la sorte des conditions de fonctionnement optimales pour des composants de systèmes dynamiques, tels les dispositifs d’entraînement en général, et les guidages à billes et rouleaux en particulier.

De la sorte, Schneeberger est à même de fournir des ensembles de machines complets et assemblés, offrant l’avantage supplémentaire de pouvoir d’emblée y intégrer les conduits, les adaptateurs, les systèmes de capteurs ainsi que les dispositifs de mesure. Le client reçoit ainsi des ensembles modulaires et des sous-groupes définitivement assemblés et remplissant de manière optimale les exigences cinématiques, intégralement équipés au choix de guidages linéaires, de systèmes électroniques et de capteurs, de moteurs linéaires ou autres unités d’entraînement.

Un mot encore sur le respect de l’environnement: grâce à la méthode de coulée à froid, la fonte minérale ne consomme pas d’énergie thermique supplémentaire pendant le processus de fabrication. La consommation d’énergie et le rejet de gaz CO₂sont nettement réduits par rapport à la production d’acier ou de fonte grise.

 

Un spécialiste des entraînements linéaires Fondée en 1923, l’entreprise Schneeberger AG est aujourd’hui mondialement reconnue comme précurseur de l’innovation dans le domaine de la technique des entraînements linéaires. Son offre de produits et de fabrication couvre aussi bien les guidages linéaires et les guidages profilés, que les systèmes de mesure, les crémaillères, les tables linéaires, les systèmes de positionnement et la fonte minérale.