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Règles pour l'alignement des actionneurs et des guides dans les systèmes à mouvement linéaire

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Suivre quelques lignes directrices simples pour la conception de systèmes de mouvement linéaire peut améliorer les performances du système et la durée de vie des actionneurs.

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De nombreuses machines automatisées reposent sur des éléments de guidage linéaire, tels que des rails profilés, des rails ronds ou d'autres structures de roulement ou de glissement, pour guider et soutenir les éléments mobiles des équipements. En outre, ces éléments mobiles sont souvent entraînés par un dispositif d'actionnement linéaire.

L'un des problèmes les plus courants dans les systèmes linéaires de toute nature est le désalignement. Le désalignement peut entraîner une foule de problèmes tels que des résultats de mouvement linéaire incohérents, une durée de vie réduite du système de roulement linéaire, une usure prématurée ou une défaillance du système d'actionnement, et un mouvement erratique comme une variation de vitesse ou une oscillation.

Toutefois, il existe des moyens communs d'améliorer les performances globales du système en optimisant l'alignement du guide linéaire et de l'actionneur.

Actionneurs et guides

Bien qu'il existe un certain nombre de façons de transmettre un mouvement à un élément de machine guidée, certaines des plus courantes se classent en deux catégories. La première est celle des actionneurs à tige. Les actionneurs à tige peuvent être soit hydrauliques, comme les hydrauliques ou les pneumatiques, soit électriques, comme les vis à billes ou les vis à billes.

Le second est celui des actionneurs sans tige. Ces derniers peuvent également être alimentés par un fluide ou par un moteur électrique via une vis-mère, une vis à billes, une courroie ou un moteur linéaire. Ces deux types d'actionneurs trouvent leur application dans les systèmes guidés. Cependant, chacun présente de subtiles différences dans la manière dont il est le mieux utilisé pour maximiser les performances et la durée de vie du système.

Les éléments de guidage eux-mêmes, qu'il s'agisse de rails profilés, de rails ronds ou d'autres systèmes de roulement ou de glissement, doivent être correctement dimensionnés et sélectionnés lors de la phase de conception et installés conformément aux recommandations du fabricant, en accordant une attention particulière au processus d'alignement. Cela permet de garantir que la performance du système de guidage sélectionné est maximisée pour l'application particulière.

Importance des membres de la conformité

Les actionneurs à tige, caractérisés par l'extension et la rétraction de la tige de piston ou de la tige d'actionneur à chaque cycle, offrent généralement un certain nombre d'options de montage. Les options de montage telles que les trous percés et taraudés dans l'appareil, les pieds de montage, les articulations sphériques de la tige, les coupleurs d'alignement, les chapes ou les tourillons sont généralement proposées par la plupart des fournisseurs d'actionneurs à tige. Lorsqu'il est utilisé avec un mécanisme guidé, il faut s'assurer que chaque sous-système, actionneur et ensemble de guidage est capable de se déplacer sans entrave et en douceur. Les systèmes qui tentent de coupler de manière rigide l'élément d'entraînement à l'élément mené peuvent présenter des performances incohérentes car ces deux éléments tentent de se déplacer dans des plans séparés avec un ou deux sous-systèmes chargés au-delà de leurs capacités.

Dans un tel système, un actionneur de type tige est mieux utilisé avec un élément de conformité entre l'élément d'entraînement (actionneur) et l'élément entraîné (système de guidage). Par exemple, une extrémité de tige sphérique montée sur la tige de l'actionneur permet au point de montage de pivoter autour de l'articulation sphérique. Ce type de liaison au niveau du guide est le mieux utilisé avec un tourillon ou une chape à l'extrémité opposée de l'actionneur où il se fixe à l'élément du bâti de la machine. Un tel schéma de montage permet d'assurer la conformité de la connexion sans ajouter de contraintes excessives à l'entraînement (actionneur) ou à la machine entraînée (système de guidage).

Les actionneurs de type sans tige, caractérisés par le fait que leur course est contenue dans leur longueur totale, peuvent également contenir un système de guidage intégré à l'actionneur. Les actionneurs sans tige, lorsqu'ils sont utilisés avec un système de guidage séparé, devront également inclure un élément conforme dans la connexion entre l'élément moteur et l'élément entraîné. La plupart des fournisseurs d'actionneurs proposent une variété de supports destinés à ce type d'installation, tels que des supports flottants.

Les actionneurs sans tige qui comprennent un système de guidage peuvent effectuer la tâche de guider et de soutenir l'équipement tout en prenant la place d'un système de guidage séparé. Cette caractéristique peut être particulièrement utile et permet souvent au constructeur de machines d'économiser du temps et de l'argent dans le processus. Les actionneurs sans tige avec guides intégrés peuvent être intégrés dans la machine en combinaison pour répondre à une grande variété de besoins de mouvement. Les configurations à axes multiples, telles que x-y ou x-y-z, ainsi que les configurations à portique sont toutes possibles avec un dimensionnement approprié. Dans l'installation d'actionneurs sans tige avec guides intégrés, l'alignement est tout aussi important.

Parallélisme et perpendicularité des éléments assemblés

Un actionneur sans tige avec un guide intégré utilisé dans une configuration à axe unique doit seulement répondre aux attentes en matière de positionnement. Le processus d'alignement est simple, car l'actionneur fonctionne de manière singulière en amenant sa charge en position sans aucun guidage externe. Les exemples de ce type de configuration comprennent le travail point par point ou l'alignement par rapport à la fixation sur l'équipement.

L'alignement des actionneurs sans tige dans des configurations multi-axes devient plus difficile car plusieurs actionneurs doivent travailler ensemble. Ainsi, lors du montage de ces actionneurs, le parallélisme et la perpendicularité de tous les dispositifs assemblés doivent être pris en compte pour une performance optimale et une durée de vie maximale.

Le parallélisme des éléments de liaison

Trois variables peuvent affecter le parallélisme lors du montage des actionneurs linéaires. Poser ces questions et y répondre permettra de maximiser le parallélisme et les performances du système.

1. Les actionneurs sont-ils montés avec les chariots à la même hauteur ? Un désalignement dans ce plan entraînera un moment de flexion défavorable sur l'axe Mx du système de roulement de l'une ou des deux unités.

2. Les actionneurs sont-ils montés à une distance constante les uns des autres d'une extrémité à l'autre ? Un désalignement dans ce plan appliquera une charge latérale défavorable dans l'axe des F sur le système de roulement et, s'il est important, peut entraîner le blocage des unités.

3. Les actionneurs sont-ils montés à niveau les uns par rapport aux autres ? Un désalignement angulaire appliquera un moment de flexion défavorable dans l'axe My- sur le système de roulement des deux unités.

Perpendicularité des éléments assemblés

Deux variables affectent la perpendicularité lors du montage des actionneurs linéaires.

1. Dans un système X-Y-Z, l'axe Z est-il monté perpendiculairement à l'axe Y ? Un désalignement dans ce plan appliquera un moment de flexion défavorable au système de palier de l'actionneur de l'axe Y dans un ou tous les axes possibles.

2. Dans un système à portique où deux actionneurs doivent se déplacer simultanément dans l'axe X ou Y, se déplacent-ils simultanément ? Un mauvais alignement ou des performances d'asservissement inadéquates appliqueront un moment de flexion indésirable dans l'axe Mz au système de roulement.

Les tolérances réelles liées aux recommandations d'alignement et au montage dépendent du fabricant de l'actionneur spécifique ainsi que du type de roulement. Cependant, en règle générale, il faut tenir compte du type de système de roulement. Les types de roulements à haute performance tels que les systèmes de rails profilés ont tendance à être assez rigides et l'alignement est plus critique. Les systèmes à performance moyenne utilisant des rouleaux ou des roues ont souvent des jeux qui offrent une certaine tolérance dans l'alignement. Les systèmes à palier lisse ou à glissement ont souvent un jeu plus important et peuvent être encore plus tolérants.

Lors de l'installation de systèmes de montage d'actionneurs linéaires, il existe un certain nombre d'outils de mesure permettant d'assurer un alignement correct, allant des jauges aux systèmes laser. Quels que soient les outils utilisés, il faut toujours créer un axe de référence pour les plans X-Y et Z et monter les autres dispositifs par rapport à l'axe de référence. Cela vous permettra d'obtenir les meilleures performances et la plus longue durée de vie de votre système d'actionnement.