Un système linéaire est un ensemble qui déplace et positionne une charge le long d’un axe rectiligne. Contrairement à un simple guidage linéaire, qui ne fait que guider, un système linéaire comprend tous les composants nécessaires à un mouvement contrôlé : guidage, entraînement, capteurs et commande. Selon le fabricant et la version, on parle aussi d’axe linéaire, de module linéaire ou d’unité linéaire.
Les systèmes linéaires se trouvent dans les machines d’emballage, les installations de manutention, les appareils médicaux et les systèmes de mesure. Partout où un outil, un capteur ou une pièce doit être amené à une position précise, un système linéaire est à l’œuvre.
Structure d’un système linéaire
- Guidage : il porte la charge, absorbe les forces et les moments et définit la direction du mouvement. Il s’agit le plus souvent d’un guidage linéaire composé d’un rail de guidage et d’un chariot de guidage.
- Entraînement : il génère le mouvement, par exemple au moyen d’une courroie crantée, d’une vis, d’une crémaillère ou d’un moteur linéaire.
- Capteurs : des fins de course limitent la course, des systèmes de mesure de déplacement transmettent la position à la commande.
- Commande : elle définit la position, la vitesse et l’accélération et régule l’entraînement.
- Structure porteuse : des profilés ou des plaques de base reçoivent le guidage et l’entraînement et relient le système linéaire à la machine.
Les types d’entraînement en bref
Le choix de l’entraînement dépend surtout de la course, de la vitesse, de la force et de la précision :
| Entraînement | Points forts | Limites |
|---|---|---|
| Courroie crantée | vitesses élevées, longues courses | précision et forces moyennes |
| Vis à billes | grande précision, transmission de force précise | peu adaptée aux très longues courses |
| Crémaillère | longues courses, charges élevées | vitesse modérée |
| Moteur linéaire | transmission de force sans éléments mécaniques intermédiaires, dynamique élevée | coûts généralement plus élevés |
L’exemple d’application machine de découpe au jet d’eau montre à quel point guidage et entraînement peuvent être liés : un moteur linéaire y est intégré directement dans le profilé du rail du guidage linéaire Franke et déplace la tête de coupe avec précision.
Dimensionner un système linéaire en six étapes
- Déterminer le cas de charge : poids des pièces en mouvement, forces d’usinage et moments autour des trois axes.
- Définir la course et l’espace d’installation : longueur de course, hauteur de montage et largeur disponible. Pour les grandes largeurs, une paire de rails profilés avec paire de patins est intéressante, car la largeur de guidage peut être choisie librement.
- Clarifier la dynamique : vitesse, accélération et temps de cycle. Pour une dynamique élevée, le guidage linéaire type FDH avec chariot est équipé de roulements à contact oblique.
- Vérifier l’environnement : humidité (type FDC avec chariot), champs magnétiques (type FDD avec chariot), secteur alimentaire et salle blanche (type FDE avec chariot) ou vide (type FDI avec chariot).
- Choisir l’entraînement : en fonction de la course, de la force et de la précision, voir le tableau ci-dessus.
- Compléter capteurs et accessoires : fins de course pour les positions finales, cassettes avec blocage pour bloquer des positions, racleurs métalliques contre les salissures grossières et capuchons pour les perçages du rail.
Le guidage, base du système linéaire
Le guidage linéaire détermine la charge que peut porter un système linéaire, sa précision, son silence de fonctionnement et son besoin d’entretien. Franke fournit cette base : des guidages linéaires en aluminium avec chemins de roulement en fil insérés et grands galets. Les roulements des galets sont lubrifiés à vie, le guidage fonctionne sans entretien. Pour en savoir plus : Le principe Franke pour les guidages linéaires.
Comme les rails et les chariots sont en aluminium, ils s’intègrent particulièrement bien dans les systèmes linéaires à profilés en aluminium : les déformations dues à la température entre le guidage et la structure porteuse sont exclues. La masse en mouvement diminue en même temps, ce qui profite à l’entraînement et à la dynamique. La page Guidages linéaires en construction légère montre jusqu’où le poids peut être réduit.
Le point de départ est le rail profilé avec chariot type FDA : silencieux, à faible frottement et équipé de galets étanches sur roulements à aiguilles. Pour les systèmes linéaires à budget serré, il existe le type FDB avec chariot avec galets sur roulements à billes.
Système linéaire standard ou sur mesure ?
De nombreux systèmes linéaires peuvent être réalisés avec des guidages de la gamme standard. Lorsque l’espace d’installation, le poids, la forme du profilé ou le matériau posent des exigences particulières, Franke adapte les profilés de rail et les chariots. Des exemples sont présentés sur les pages Guidages linéaires sur mesure et Matériaux alternatifs. La FAQ sur les guidages linéaires répond aux questions fréquentes sur la compatibilité, les vitesses et l’entretien.
Questions fréquentes sur le système linéaire
Quelle est la différence entre un guidage linéaire et un système linéaire ?
Un guidage linéaire guide une charge le long d’une trajectoire rectiligne et absorbe les forces et les moments. Un système linéaire comprend en plus l’entraînement, les capteurs et la commande et déplace ainsi la charge de manière contrôlée vers une position précise.
Quels entraînements utilise-t-on dans les systèmes linéaires ?
Les plus courants sont la courroie crantée pour les vitesses élevées et les longues courses, la vis à billes pour une grande précision, la crémaillère pour les longues courses et les charges élevées et le moteur linéaire pour une dynamique élevée.
Quel rôle joue le guidage linéaire dans le système linéaire ?
Il détermine la capacité de charge, la précision de déplacement, le silence de fonctionnement et l’entretien du système linéaire. Les guidages linéaires sans entretien comme ceux de Franke réduisent cet effort sur toute la durée de vie.
Comment dimensionner un système linéaire ?
On détermine d’abord le cas de charge, la course, l’espace d’installation et la dynamique, puis on vérifie les conditions ambiantes. On en déduit le type de guidage et l’entraînement. Enfin, on ajoute les capteurs comme les fins de course et les accessoires comme les blocages.
Pourquoi les guidages en aluminium conviennent-ils aux systèmes linéaires ?
Leur masse en mouvement est faible et ils se dilatent avec la température de la même manière que les structures porteuses en aluminium. Les déformations dues à la température entre guidage et profilé sont donc exclues.
Autres termes du glossaire Franke : Guidage linéaire | Systèmes linéaires | Guidages à rouleaux | Galets
Franke fabrique également des guidages linéaires sur mesure selon vos spécifications : Guidages linéaires sur mesure