En un coup d’œil:

• Les entraînements guidés ont le pouvoir de gérer le levage, la pression, la traction, la poussée, le serrage, l’arrêt, le maintien, la coupe et la séparation.
• Les glissières guidées font l’affaire lorsque la précision et la répétabilité sont requises.
• Les glissières guidées et les entraînements peuvent être utilisés dans une large gamme d’applications d’emballage et de mise en place.

Les entraînements guidés et les glissières pneumatiques sont les chevaux de bataille de l’automatisation industrielle. Ils ont fait leurs preuves et peuvent s’adapter à une gamme croissante d’applications dans lesquelles l’ajout d’un guidage améliore les performances. Ils sont également rentables, avec de nombreuses variantes et options de configuration pour assurer une grande fiabilité et longévité.

Un entraînement guidé (à gauche) comprend des tiges de guidage et ne nécessite aucun assemblage, mais de nombreuses unités de guidage, comme cet actionneur FENG et ce vérin standard de Festo (à droite), nécessitent un assemblage.

Entraînements et glissières

Contrairement aux entraînements standard, les entraînements guidés pneumatiques maintiennent une stabilité totale et les glissières guidées pneumatiques offrent une plus grande stabilité et une plus grande précision, tout cela étant essentiel dans de nombreuses fonctions de prise et de placement. Avec ces deux types d’actionneurs, l’ajout d’une stabilisation pour la tige du piston assure de meilleures performances et une plus longue durée de vie que les alternatives non stabilisées. Le marché des entraînements et des glissières guidées est en pleine croissance car de plus en plus d’ingénieurs apprennent qu’il est plus facile et plus pratique d’acheter un seul produit avec un mouvement linéaire et un guidage plutôt que d’acheter les deux fonctions séparément.

Dans un entraînement pneumatique standard, la tige du piston crée un mouvement linéaire et peut tourner librement lorsqu’elle s’étend et se rétracte. Dans de nombreuses applications industrielles, cette rotation est sans importance ; mais elle est indésirable si l’utilisateur a besoin de stabilité, par exemple pour maintenir un outil d’estampage parfaitement parallèle à l’article à estamper. De plus, si la tige de piston applique une force sur un objet, la résistance qu’elle rencontre peut créer une force latérale ou un couple contre l’ensemble actionneur.

Par exemple, si l’actionneur positionne une scie circulaire coupant du bois, les forces externes sur l’actionneur lorsque la tige de piston est sortie peuvent créer des déflexions qui provoquent une coupe imparfaite. Cela génère une usure excessive de la scie et du cylindre.

Les entraînements guidés effectuent souvent l’une des trois tâches simples suivantes : arrêter, lever ou pousser.

Les entraînements guidés pneumatiques n’ont qu’un seul piston, la stabilité du piston étant garantie par deux tiges de guidage. Ces tiges de guidage fonctionnent généralement sur des jeux de bagues ou de roulements à billes pour assurer la stabilité. Les tiges de guidage et le piston sont fixés à un étrier qui maintient l’outillage, empêchant le piston de se tordre ou de tourner si une force latérale est appliquée pour assurer la stabilité opérationnelle. Ces entraînements sont utilisés dans des applications de levage, de pression, de traction, de poussée, de serrage, d’arrêt, de retenue, de maintien, de coupe et de séparation. Ils existent dans de nombreuses tailles et variantes, peuvent accueillir presque n’importe quel outillage, délivrer des longueurs de course allant jusqu’à 400 mm et peuvent appliquer une grande force là où c’est nécessaire.

Les glissières guidées excellent dans les tâches où des niveaux élevés de précision et de répétabilité sont essentiels, comme dans l’assemblage de l’électronique ou de petites pièces automobiles, dans la manipulation des aliments et des boissons, et dans les applications de distribution dans d’autres secteurs de processus. Les glissières guidées ont généralement des tiges de piston simples ou doubles et un rail de guidage fonctionnant sur des roulements à billes de précision dans le boîtier de la glissière pour un mouvement précis et une précision répétable, malgré les charges latérales et les couples.

Les glissières fournissent le mouvement linéaire, qu’elles soient fixées horizontalement ou verticalement. Elles font d’excellents outils fixés à un portique, comme les configurations multiglissières à deux axes (X, Z) et peuvent être ajoutées aux configurations pick-and-place et piggyback qui ont une glissière montée sur une autre pour des courses plus longues avec des arrêts en cours de route, souvent sans adaptateurs.

Dans les applications duplex, une mini glissière compacte fixée à une petite pince mécanique ou à une ventouse offre généralement une précision répétable de 0.01 mm et une linéarité et un parallélisme dans la gamme 1/100 mm 0,01 mm sur des millions de cycles.

Les entraînements pneumatiques viennent dans une variété de configurations, y compris non rotatifs (à gauche), non guidés (au centre) et guidés (à droite).

Les glissières guidées viennent dans une gamme de tailles avec différentes options de montage et de nombreux choix d’amortissement pour assurer les temps de cycle les plus courts avec des vibrations minimales. Dans les comparaisons pommes à pommes entre les glissières guidées et les entraînements et les vérins non rotatifs avec une taille d’alésage de piston et une longueur de course identiques, les glissières guidées sont les plus grandes et les plus lourdes des options avec guidage de piston intégré, grâce à leurs guides larges et plats qui fournissent un mouvement très précis.

En supposant le même diamètre d’alésage (20 mm) pour la tige de piston et la même longueur de course (50 mm), la glissière guidée a le plus grand profil (empreinte ou longueur, hauteur et largeur). Les entraînements guidés se situent entre les deux, étant plus petits qu’une glissière guidée et plus grands qu’un cylindre non rotatif.

En comparant un cylindre non rotatif, un entraînement guidé et une glissière guidée, tous avec la même taille d’alésage de piston (20 mm), la même longueur de course (50 mm) et une force étendue de 188 N (voir graphique), le rapport force/poids de l’entraînement non rotatif est de 65%, celui de l’entraînement guidé est de 16% et celui de la glissière guidée de 15%. Ainsi, un vérin non rotatif serait plus petit et moins coûteux, mais pour des capacités de charge de couple plus élevées ou pour la précision, une glissière ou un entraînement guidé est nécessaire et ils seraient plus grands pour le même alésage/course. L’ajout d’un guidage ajoute plus de poids par rapport à l’entraînement non rotatif pour fournir plus de stabilité.

Alternatives aux actionneurs guidés

Les cylindres non rotatifs et les combinaisons de guides externes et de cylindres standard sont souvent considérés comme des alternatives aux entraînements guidés et aux glissières pneumatiques. Ils ont des capacités de charge limitées, ils sont donc mieux adaptés aux applications qui nécessitent le maintien d’une orientation spécifique mais avec de petites charges.

Les entraînements non rotatifs et les vérins avec des tiges de piston non rotatives sont moins chers, mais les entraînements guidés et les glissières sont plus durables et plus précis et peuvent gérer des charges latérales et un couple plus élevés. Pour une même fonction, comme le levage d’une charge ou le déplacement d’une pince, l’entraînement non rotatif aura la plus grande déviation due au jeu des paliers et à la force latérale. Dans ce cas, la déflexion est la distance sur laquelle le piston ou la plaque frontale se déplace en raison du jeu des roulements ou de toute force externe. Une augmentation de la déflexion signifie une diminution de la précision.

Un guidage externe peut être assorti à une plus grande gamme de vérins pour gérer une variété de tâches et de situations telles que le serrage, les coussins d’air réglables et le travail à haute température, mais les deux doivent être connectés. Les glissières et les entraînements guidés offrent moins d’options de configuration et une enveloppe de performances plus limitée, mais ils sont également moins chers. Dans les applications de pick-and-place, un cylindre compact non guidé avec son piston à rotation libre pourrait être envisagé, mais il n’assurera pas un positionnement et une orientation cohérents des pièces déplacées aussi bien qu’un mini-coulissant guidé.

Guidage pneumatique et électrique

Les entraînements et les coulisses guidés pneumatiques et électriques peuvent accomplir des missions similaires mais ont des forces différentes. Avec une source d’air comprimé correctement dimensionnée et bien entretenue, les entraînements pneumatiques fournissent des densités de force et des vitesses plus élevées pour un coût d’installation et d’exploitation plus faible, ainsi qu’une durée de vie plus longue.

En comparant les actionneurs de mini-glissières pneumatiques et électriques similaires, la version pneumatique est plus courte avec des temps de positionnement plus courts. Les versions électriques offrent des arrêts et des démarrages plus doux, un profil d’entraînement programmable et des vitesses constantes et précises. En règle générale, les entraînements et les glissières pneumatiques prennent moins de place. Aujourd’hui, la gestion de l’énergie et les diagnostics de l’air comprimé peuvent réduire l’utilisation de l’air et les temps de maintenance et d’arrêt imprévus, ce qui en fait un choix plus économique.

L’efficacité relative est une considération primordiale pour faire le bon choix d’ingénierie parmi les entraînements pneumatiques avec guidage potentiellement adaptés.

Les mini-guides de glissement pneumatiques sont utiles pour un mouvement précis dans des espaces restreints.

L’exemple (ci-dessous) compare les prix d’un cylindre non rotatif, d’un entraînement guidé et d’une glissière guidée ( tous les modèles de base avec le même piston de 20 mm et la même course de 50 mm, et le pourcentage du guide utilisé lorsqu’il est soumis à des conditions de chargement décalé identiques. Dans le cadre de cet exemple, le cylindre non rotatif est à 100% d’utilisation du guide. Il est à sa limite et constitue un mauvais choix en termes de capacité à gérer le chargement décalé. La glissière guidée est la plus chère des trois, et avec seulement 12 % d’utilisation du guidage, elle est plus performante pour cette application. L’entraînement guidé atteint 54 % d’utilisation du guide et, bien qu’il représente environ 2,5× le coût du cylindre non rotatif, il offre le meilleur rapport coût-performance des trois options.

Entraînements guidés pour tous les scénarios

La croissance de l’utilisation des entraînements guidés et des glissières pneumatiques reflète leur utilité pour une gamme extraordinaire de tâches. Ces actionneurs sont disponibles dans le commerce ainsi que dans des modèles spécialisés ou personnalisés, et dans des versions métriques et en pouces.

Les modèles dans le commerce représentent la moitié du marché et sont rentables pour la plupart des applications. La plupart sont sans entretien et ne nécessitent que peu ou pas d’assemblage. Beaucoup sont disponibles avec un choix de guides à paliers lisses pour une rigidité élevée ou de guides à recirculation de billes pour les applications avec des charges de couple. Les modèles de base sont extrêmement polyvalents et prennent moins de place pour les forces qu’ils délivrent que les autres solutions. Ces entraînements de base existent dans de nombreuses tailles, avec de nombreuses combinaisons de diamètre de piston et de longueur de course. Les longueurs de course jusqu’à 200 mm sont généralement considérées comme des produits standard. Des versions plus grandes, avec des longueurs de course allant jusqu’à 400 mm, sont disponibles. Ces versions plus grandes comprennent un choix d’options d’amortissement et de coussin d’extrémité, y compris un coussin d’air à réglage manuel et, sur certains modèles, à réglage automatique.

Il existe également des modèles et des variantes spécialisés pour les aliments secs et les zones d’éclaboussures, les applications en salle blanche et ATEX, ainsi que des variantes avec des conceptions résistantes à la chaleur. Les entraînements hygiéniques pour les applications alimentaires et pharmaceutiques offrent la même facilité de nettoyage et la même résistance à la corrosion que les vérins hygiéniques standard, ainsi qu’une lubrification conforme à la norme NSF-H1. Les entraînements guidés hygiéniques ont une conception lisse et propre qui ne laissera pas l’eau, la saleté ou la poussière s’accumuler sur eux.

La série de modèles de base DFM de Festo est un entraînement guidé pneumatique populaire.

Plusieurs des mêmes avantages des grands entraînements guidés sont disponibles dans les mini-entraînements guidés où une longueur de course courte et une force moindre sont suffisantes et où l’espace est limité. Des modèles particulièrement compacts offrent des longueurs de course de seulement 5-30 mm.

Deux mini-coulisses Festo DGSL sont montées sur un axe électrique dans l’unité de chargement latéral d’une machine d’emballage.

Les coulisses guidées offrent une variété similaire avec des modèles standard et spécialisés et des options qui peuvent être ajustées pour la plupart des applications. La gamme comprend des modèles de base avec des longueurs de course allant jusqu’à 200 mm et de multiples options d’amortissement, des modèles plats et minces, et des modèles ultra-compacts aussi petits que 8 mm de large avec des longueurs de course de 1 à 10 mm. Ce dernier modèle est idéal pour les petites applications de type pick-and-place et autres applications à faible course. Le développement de glissières guidées toujours plus compactes reflète la tendance de l’industrie, en particulier dans l’assemblage électronique, vers la miniaturisation qui exige que les mini et micro-glissières guidées fonctionnent avec la même précision, la même répétabilité et la même longue durée de vie que les actionneurs plus grands.

Choisir le bon entraînement

Des logiciels comme l’outil de dimensionnement pneumatique de Festo (que l’on trouve dans le catalogue en ligne de la société sous l’onglet bleu « Ingénierie ») aident les clients à sélectionner et à configurer les produits pneumatiques. Les clients peuvent saisir les paramètres de leur application, des facteurs tels que la charge à déplacer, la distance et la vitesse, ainsi que la pression de fonctionnement. Ils reçoivent des recommandations de produits adaptés, ainsi qu’une idée du type de coussin qui répond à leurs besoins – d’un simple type de pare-chocs ou d’amortisseur à un coussin d’air réglable manuellement ou auto-réglable. Cet outil de dimensionnement aborde également l’utilisation du guide de roulement, en fournissant une indication sur le fait que les styles de paliers lisses ou de roulements à billes seraient mieux adaptés à leurs exigences de fonctionnement.

et pour les entraînements et les glissières à guidage pneumatique est en croissance constante, reflétant l’expansion de l’automatisation et les améliorations dans la conception des actionneurs. Ces actionneurs constituent un excellent choix partout où l’énergie de l’air comprimé est disponible. Ils sont compétitifs en termes de coûts, faciles à configurer et à installer, souvent sans entretien et robustes, ce qui leur assure une longue durée de vie. Ils sont polyvalents et disponibles dans une vaste gamme de tailles de piston et de longueurs de course, avec des modèles de base pour la plupart des applications et des variantes spécialisées pour de nombreuses autres. Leur capacité de guidage est déjà conçue et intégrée, de sorte qu’un assemblage minimal, voire inexistant, est nécessaire. Il n’est pas exagéré de dire qu’il existe un entraînement ou une glissière guidée pour la plupart des applications nécessitant une stabilité et/ou une précision répétable.

Darren O’Driscoll, Michael Guelker et Julian Beckler sont chefs de produit, et Thomas Martin dirige la gestion des produits (actionneurs à tige de piston), chez Festo AG & Co.

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