I. Positionnement et nomenclature principaux
Positionnement : Un ensemble de vis à billes à double écrou préchargé, monté sur bride, haute rigidité/haute précision. Il s'agit d'une solution conçue pour des applications haut de gamme exigeant un jeu axial nul, une rigidité extrêmement élevée, une forte capacité de charge et une longue durée de vie.
Interprétation de la nomenclature :
- D : Double écrou. La caractéristique principale, composée de deux écrous combinés par une méthode de précharge.
- F : Bride. L'écrou intègre une bride carrée ou circulaire permettant un montage et une fixation faciles.
- U : Représente généralement « Ultra Précision » ou une classe spécifique de haute performance. Parfois, cela fait référence à une méthode particulière de précharge.
Valeur centrale : La structure à double écrou préchargé élimine activement le jeu axial et offre une rigidité et une capacité de charge nettement supérieures par rapport aux vis à billes à simple écrou.
II. Structure de base et principe de fonctionnement
Structure à précharge par double écrou (principe de base) :
- Le DFU se compose de deux écrous à billes indépendants. Un élément de réglage de la précharge (par exemple, entretoise de précharge, ressort ou manchon fileté) applique une force axiale opposée entre eux.
- Principe de fonctionnement : La précharge force les chemins de roulement des billes des deux écrous à s'appuyer contre les flancs opposés des filets de l'arbre vis. Quelle que soit la charge appliquée, directe ou inverse, les billes d'un des écrous sont toujours chargées. Cela élimine complètement le jeu axial (obtention d'un jeu nul) et augmente considérablement la rigidité du système.
Méthodes de précharge :
- Précharge par entretoise : Des entretoises de précision de différentes épaisseurs sont insérées entre les écrous. Structure simple, rigidité maximale, valeur de précharge fixe, mais le réglage est peu pratique.
- Précharge par ressort : La force de précharge est appliquée par des jeux de rondelles ressort. Compense l'usure et la dilatation thermique, en maintenant une précharge constante, mais la rigidité est légèrement inférieure à celle de la précharge par entretoise.
- Précharge filetée : La position relative des deux écrous est ajustée et verrouillée au moyen d'un manchon fileté. Réglable, mais la rigidité dépend de la force de serrage.
Écrou à collerette :
- Intègre une collerette robuste et intégrée offrant une grande surface de montage. Il est fixé sur la table avec plusieurs vis, assurant une excellente rigidité de connexion et une installation facile.
Vis de précision :
- Fabriquée à l'aide de procédés de rectification de précision, atteignant généralement des classes élevées de précision de pas telles que C7, C5 ou même C3. Présente un matériau supérieur et un traitement thermique performant.
III. Avantages principaux en matière de performance
- Sans jeu et précision de positionnement ultra-élevée : La conception à double écrou préchargé élimine complètement le jeu axial, permettant une transmission véritablement « sans jeu ». Ceci est essentiel pour les applications exigeant une répétabilité extrêmement élevée, un positionnement bidirectionnel et aucune secousse au changement de sens (par exemple, mesures de précision, machines de lithographie, machines-outils hautes performances).
- Rigidité axiale exceptionnelle : La structure à double-écrou assure une rigidité axiale supérieure de plus de deux fois à celle d'une vis à écrou simple. Une déformation minimale sous des charges axiales élevées garantit la précision et la stabilité du mouvement lors d'usinages lourds ou dans des conditions de charge élevée.
- Haute capacité de charge et longue durée de vie : Les deux écrous partagent la charge, augmentant ainsi les capacités de charge dynamique et statique globales. Le précharge améliore également la répartition de la charge sur les billes, contribuant à une durée de vie prolongée.
- Excellente fluidité du mouvement : L'élimination du jeu conduit à une inversion de direction fluide et sans à-coups, et supprime le phénomène d'adhérence-glissement (mouvement saccadé) lors du fonctionnement à basse vitesse, offrant des caractéristiques de mouvement supérieures.
IV. Comparaison avec les vis à billes à écrou simple (par exemple, SFU)
| Caractéristique |
DFU (type à double écrou préchargé) |
Type à écrou simple (par exemple, SFU) |
| Jeux axial |
Zéro jeu (éliminé par précharge). |
Peut présenter un jeu de l'ordre du micron, ou une élimination partielle par précharge interne à écrou simple (billes surdimensionnées). |
| Rigidité axiale |
Extrêmement élevée (2 fois ou plus). |
Élevée, mais présente une limite théorique supérieure. |
| Capacité de charge |
Plus élevée (charge répartie entre deux écrous). |
Haut. |
| Caractéristiques de mouvement |
Identiques en sens direct/inverse, aucun à-coup lors du changement de sens, excellente régularité. |
Peut présenter une zone morte au changement de sens, léger à-coup lors du changement de sens. |
| Complexité structurelle et coût |
Structure complexe, coût élevé. |
Structure simple, coût inférieur. |
| Scénarios applicables |
Équipement de pointe répondant à des exigences d'ultra-haute précision, de grande rigidité et de zéro jeu. |
La grande majorité des équipements industriels généraux nécessitant une haute précision et une grande vitesse. |
| Frottement et élévation de température |
La précharge augmente dans une certaine mesure le frottement et l'élévation de température en fonctionnement. |
Frottement et élévation de température relativement plus faibles. |
V. Champs d'application typiques
Les vis à billes DFU sont spécialement conçues pour les équipements haut de gamme aux exigences extrêmes de performance :
- Machines-outils CNC ultra-précises : Axes d'avance pour centres d'usinage de précision, rectifieuses à broche, tours ultra-précis.
- Équipements de fabrication de semi-conducteurs : Stages de positionnement nanométrique dans les machines de lithographie, équipements d'inspection de wafers, machines de collage de puces.
- Instruments de mesure de précision : Axes moteurs principaux pour machines de mesurage tridimensionnel (MMT), interféromètres laser, systèmes de mesure par vision.
- Équipements haut de gamme de fabrication additive : Systèmes d'application de poudre et entraînements du cylindre de construction dans les imprimantes 3D métalliques industrielles.
- Équipements de fabrication aérospatiale : Machines de placement de fibres composites, centres d'usinage à 5 axes de haute précision.
- Équipements optiques et électro-optiques de précision : Systèmes de pointage de télescopes, axes d'entraînement de précision pour machines de découpe/gravure laser.
VI. Directives de sélection et d'utilisation
- Évaluation de la nécessité : Envisager la solution à double écrou uniquement lorsque la vis à un seul écrou (même avec précharge interne) ne peut pas satisfaire aux exigences en matière de rigidité, de jeu ou de durée de vie. Son coût plus élevé et sa complexité doivent être pleinement justifiés.
- Choix de la méthode de précharge :
- Précharge par entretoise : Convient aux charges stables, aux applications nécessitant une rigidité extrême et là où une variation de précharge est indésirable (par exemple, machines-outils lourdes).
- Précharge par ressort : Convient aux conditions complexes impliquant de l'usure ou une dilatation thermique lorsque la précharge constante est nécessaire (par exemple, équipements de mesure à longue course et haute précision).
- Correspondance de la classe de précision : L'arbre vis doit être sélectionné avec une classe de précision C7 ou supérieure, conforme à la précision cible du système.
- Gestion thermique du système : La précharge à double écrou génère une friction plus élevée et potentiellement plus de chaleur. Pour les applications à grande vitesse ou à longue course, envisagez un refroidissement de la vis (par exemple, fluide réfrigérant circulant dans une vis creuse) ou des mesures de refroidissement forcé.
- Installation Professionnelle : Le réglage correct de la précharge des deux écrous ainsi qu'un alignement précis de l'arbre vis avec le moteur d'entraînement et les roulements de support sont essentiels lors de l'installation.
La vis à billes DFU (et les modèles similaires à précharge par double écrou) représente une solution avancée en matière de technologie des vis à billes pour atteindre un « jeu nul » et une « rigidité extrême ». Grâce à sa structure ingénieuse mais complexe de précharge par double écrou, elle sacrifie partiellement le coût et l'efficacité opérationnelle (frottement accru) en échange d'une amélioration qualitative de la précision de positionnement bidirectionnel, de la rigidité du système et de la capacité de charge. Elle constitue l'un des composants mécaniques de transmission les plus puissants et les plus fiables dont disposent les concepteurs d'équipements de précision confrontés à des exigences très strictes en matière de performance de commande de mouvement. Choisir la DFU signifie poser les bases solides et fiables d'une performance haut de gamme pour une machine.
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