Arbre linéaire série WC/WCS

Un axe lisse désigne un axe métallique droit dont la surface a subi un usinage précis (généralement par rectification), possédant une forme cylindrique et offrant une grande précision dimensionnelle, une haute rectitude et une faible rugosité de surface. Il constitue en soi un composant de base et doit être utilisé conjointement avec des roulements linéaires (tels que des roulements à billes linéaires ou des roulements à aiguilles linéaires) ou des douilles lisses afin de former un système de mouvement linéaire.

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Introduction

I. Positionnement et définition principaux

Positionnement : composants de rail de guidage linéaire cylindrique standardisés et de haute précision. Il s'agit d'un composant principal des systèmes de guidage linéaire à friction glissante ou à friction roulante simple .

Caractéristique principale : " lisse "se manifeste principalement par :

Surface lisse : Après un rectification fine et un polissage, la rugosité de surface est faible (généralement inférieure à Ra0,8).
Forme pure : Il s'agit généralement d'un cylindre de diamètre constant sans filetages, cannelures ou épaulements (il peut y avoir des trous filetés à une ou aux deux extrémités pour le montage, mais la partie de guidage reste lisse).
Haute précision : Il présente une tolérance stricte sur le diamètre, une tolérance de circularité et une rectitude extrêmement élevée .

II. Structure centrale et types

Classés selon le matériau et le traitement thermique :

Arbre lisse en acier au carbone courant : par exemple acier 45#, trempe haute fréquence en surface. Économique, avec une dureté modérée (HRC50-55) et une résistance à l'usure moyenne, il convient aux charges légères.
Arbre lisse en acier à roulement : par exemple GCr15 (SUJ2), trempé dans sa globalité. C'est le plus couramment utilisé, avec une haute dureté (HRC58-62), une bonne résistance à l'usure et une excellente ténacité du cœur.
Arbre lisse en acier inoxydable : par exemple SUS440C, trempé. Résistant à la rouille et à la corrosion, utilisé dans les environnements alimentaires, médicaux et propres.
Arbre lisse chromé : Du chrome dur est déposé sur un substrat en acier au carbone ou en acier à roulement. Il présente une dureté de surface plus élevée, une meilleure résistance à la corrosion et à l'usure, ainsi qu'un aspect brillant.

Classé par grade de précision :

Grade standard : Utilisé pour des équipements automatisés généraux.
Classe de précision : Droiture plus élevée, utilisé pour des instruments de précision.
Grade de haute précision : Utilisé pour les équipements de mesure et optiques haut de gamme.

Classé par structure :

Axe optique plein : Le plus courant.
Arbre creux lisse : Réduit le poids et peut être utilisé pour passer des câbles ou faire circuler un liquide de refroidissement.

III. Caractéristiques principales et avantages

Extrêmement élevé rapport qualité-prix

Comparé aux guidages linéaires à billes/rouleaux, la combinaison d'un arbre lisse et roulements linéaires est la solution de guidage linéaire la moins coûteuse ce qui la rend très adaptée aux applications sensibles au coût et où les exigences de charge et de précision ne sont pas extrêmes.

Conception flexible et installation relativement simple

L'arbre optique lui-même possède une structure simple et peut être facilement fixé au bâti grâce au support d'arbre (type bride ou type carré) . La disposition est flexible et peut réaliser un axe, deux axes, voire plusieurs axes structures de support.

Le système est ouvert et est facile à monter et à entretenir.

Présente des performances mécaniques de base

Lorsqu'il est utilisé avec des paliers linéaires, un mouvement linéaire fluide peut être obtenu. Bien que la résistance au frottement soit supérieure à celle des guides à billes, elle est nettement inférieure au frottement glissant ordinaire.

Il peut supporter une certaine charge radiale.

Bonne résistance à la corrosion et aspect esthétique (faisant spécifiquement référence aux arbres lisses chromés) :

La couche de chrome dur n'est pas seulement esthétiquement agréable, mais aussi anti-rouille, ce qui la rend adaptée à des équipements ayant des exigences élevées en matière d'apparence.

Normalisation et accessibilité

Il existe des séries de diamètres normalisés (par exemple φ6, φ8, φ10, φ12, φ16, φ20, φ25...), la longueur peut être personnalisée et l'offre sur le marché est abondante.

IV. Comparaison avec le noyau des guides linéaires à billes/rouleaux (par exemple MGN/HGH)

Caractéristique	Système arbre linéaire + douille	Guide linéaire à billes/rouleaux (par exemple MGN/HGH)
Principe de guidage	L'arbre tourne ou reste stationnaire, tandis que le manchon glisse/roule le long de celui-ci. Typiquement un ouvert robuste.	Le bloc chariot roule sur un rail de précision. C'est un fermé ou semi-fermé robuste.
Type de friction	Frottement de glissement ou frottement de roulement à contact ponctuel basse précision.	Frottement de roulement haute précision (billes ou rouleaux).
Rigidité	Faible. Agit comme un porte-à-faux support, offrant très faible résistance au renversement et aux moments latéraux.	Très élevée. Conçu avec un contact à quatre points, offrant extrêmement élevée résistance au renversement et aux moments latéraux.
Précision	Relativement faible. Soumis à des erreurs cumulatives dues à la rectitude de l'arbre, au jeu des douilles et à l'installation.	Très élevée. Précision élevée garantie en usine (parallélisme, rectitude), assurant une précision stable après installation.
Capacité de charge	Acceptable pour les charges radiales, mais quasiment incapable de supporter les moments de renversement .	Grande capacité de charge dans les quatre directions, spécialement conçu pour résister aux moments de renversement .
VITESSE DE FONCTIONNEMENT	Faible à modéré. Sensible aux vibrations et à la génération de chaleur à haute vitesse.	Convient pour haute vitesse et forte accélération mouvement.
Exigences d'installation	Étonnamment simple ; atteindre une haute précision (par exemple, parallélisme des deux arbres) est très difficile , exigeant des normes élevées pour l'usinage et le réglage de la surface de montage.	Présente des surfaces de référence de montage de précision ; la précision est garantie simplement par le serrage des vis, offrant une bonne répétabilité d'installation .
Étanchéité et durée de vie	Structure ouverte, sensible à la contamination, nécessite un nettoyage et une lubrification fréquents, ce qui entraîne une durée de vie relativement plus courte.	Des joints multicouches intégrés assurent une résistance à la poussière et à l'eau, maintiennent bien la lubrification et offrent une longue durée de vie.
Coût	Très faible (pour les composants eux-mêmes).	Élevé
Inconvénient principal	Rigidité faible, précision réduite et faible tolérance aux moments.	Coût élevé
Philosophie d'application	« Suffisamment bon pour un guidage basique. » Convient aux applications légères, peu coûteuses et non précises, sans forces latérales importantes.	« Guidage précis et fiable avec support de charge. » Adapté aux applications exigeant une charge élevée, une haute précision, une grande vitesse et une rigidité élevée.

V. Champs d'application typiques

Le système d'axe optique, grâce à son avantage extrême en termes de coût, est encore largement utilisé dans les domaines suivants :

Automatisation légère non précise : mécanisme d'alimentation, mécanisme stop-stop, mécanisme de levage simple.
Équipement de bureau et domestique : Les têtes de numérisation des imprimantes, scanners et photocopieuses se déplacent.
Équipement de conditionnement pour l'industrie légère : arbres de guidage auxiliaires pour machines à étiqueter et machines d'emballage.
imprimante 3D (modèle FDM bas de gamme) : Guidage des axes X/Y/Z.
Pièces coulissantes de portes, fenêtres et meubles.
Utilisé comme « arbre de guidage » plutôt que comme « arbre d'entraînement » : par exemple, lorsqu'il est associé à une vis à billes, la vis est chargée de la transmission et de la charge, tandis que l'arbre lisse a uniquement pour fonction d'empêcher la table de travail de tourner (tige anti-rotation).

VI. Sélection et points clés d'utilisation

Connaître les limitations : Avant tout, il est nécessaire de préciser si l'application impose des exigences en matière de rigidité, de précision et de couple . Dans ce cas, il convient directement de considérer des guides linéaires.
Sélection du diamètre et de la longueur : Le diamètre est le facteur principal déterminant la rigidité. Plus la longueur est grande, plus le diamètre requis doit être important afin d'éviter un affaissement dû au poids propre. Le rapport d'aspect (L/D) comporte généralement des limites empiriques.
Entraxe des supports (élément clé) : La distance (portée) entre deux points d'appui doit être aussi courte que possible afin de minimiser la déformation par flexion. Pour les longs déplacements, un multi-support la structure doit être adoptée.
Sélection du palier jumelé : paliers à billes linéaires (faible coût, haute vitesse), paliers à rouleaux aiguilles linéaires (forte capacité de charge, basse vitesse) ou bagues sans huile (coût le plus bas, nécessite une lubrification).
Parallélisme d'installation : Lorsque plusieurs axes optiques sont utilisés, assurer un parallélisme absolu est extrêmement difficile mais crucial ; sinon, cela entraînera un blocage et une augmentation rapide de l'usure. Des outils professionnels sont nécessaires pour le réglage.
La lubrification est nécessaire : Même lorsqu'on utilise des paliers à billes linéaires, une lubrification régulière est requise pour réduire l'usure et prévenir la corrosion (sauf pour les versions en acier inoxydable et chromées).

L'axe optique est le composant le plus fondamental, le plus économique, mais aussi celui dont les performances sont le plus limitées dans le domaine du mouvement linéaire. Son essence est une "tige précise" , et ses avantages principaux résident uniquement dans le faible coût et la structure simple . Dans la conception mécanique de précision moderne, il est de plus en plus remplacé par des guidages linéaires à roulement qui offrent un avantage de performance global. Toutefois, dans les situations où la charge est extrêmement faible, les exigences de précision sont faibles, l'espace est disponible et la pression sur les coûts est très forte , le système à axe optique reste une option viable qui ne peut être ignorée. Choisir l'axe optique signifie que les concepteurs doivent effectuer un compromis clair, parfois difficile, entre coût et performance .