Arbres linéaires : Normes de précision pour les arbres linéaires MISUMI

Les arbres linéaires sont un sous-ensemble de guides linéaires et fournissent stabilité et précision aux systèmes de mouvement linéaire. Des exigences de précision variables sont placées sur les arbres linéaires pour garantir que les mouvements sont effectués à faible friction, avec précision et fiabilité. Ces exigences spécifient l’arrondi, la rectitude et la perpendicularité ainsi que la concentricité de l’arbre linéaire. MISUMI propose des arbres linéaires en versions standard et de précision. Dans cet article, vous découvrirez les différentes caractéristiques, quand utiliser chaque variante et des explications sur les exigences de précision.

Principaux paramètres de précision pour les arbres linéaires

Les paramètres de précision typiques des arbres linéaires sont la rectitude, l’arrondi, la perpendicularité et la concentricité. Ils affectent la précision, la stabilité et la longévité des arbres linéaires installés et de l’ensemble du système dans lequel les arbres linéaires sont installés. Même des écarts mineurs peuvent entraîner une usure accrue, des vibrations ou des erreurs de positionnement. Dans ce contexte, les tolérances dimensionnelles et la sélection de l’ajustement sont des aspects importants pour la fabrication et l’utilisation d’arbres linéaires. La tolérance de forme décrit l’écart admissible de la forme géométrique de l’arbre par rapport à la dimension nominale idéale, tandis que la tolérance de position décrit l’écart admissible par rapport à la position idéale ou à l’alignement d’un arbre.

Le respect des normes de précision est également un critère clé pour la sélection des marchés d’approvisionnement. Son usine de fabrication au Portugal confère à MISUMI la capacité de produire des pièces de précision au sein de l’UE. Chez MISUMI, cela nous permet de bénéficier de livraisons ponctuelles, d’itinéraires courts et de matériaux conformes aux normes européennes.

La section suivante aborde en détail certains des paramètres clés :

Arrondi des arbres linéaires

L’arrondi décrit la précision avec laquelle la section transversale de l’arbre correspond à un cercle mathématiquement parfait. Un arrondi élevé garantit une charge uniforme des paliers et des performances élevées. Des écarts de quelques millimètres seulement peuvent entraîner une précharge, ce qui entraîne une usure plus rapide de l’arbre linéaire et du palier. Les applications de haute précision nécessitent donc des tolérances d’arrondi strictes.

Au demeurant, le faux-rond et l’arrondi ne sont pas identiques. Le faux-rond décrit la façon dont l’arbre tourne autour de l’axe de rotation, tel que mesuré à un point fixe de l’arbre. Ceci est spécifié par les tolérances dites de faux-rond qui décrivent l’écart par rapport à l’axe idéal.

Le tableau suivant montre l’arrondi M en fonction de D et de la tolérance ISO :

Écarts de diamètre extérieur

Un diamètre extérieur précis dans des limites de champ de tolérance serrées est particulièrement pertinent si une précision de guidage et une fluidité élevées sont requises. Il constitue également la base si un alignement exact sans jeu est nécessaire, ou si des types d’ajustement spécifiques sont nécessaires, tels que l’ajustement par interférence.

Alors que l’écart admissible de la version de précision est de 0,02 mm, la version standard spécifie une tolérance d’écart de 0,1 mm.

Rectitude de l’arbre linéaire

La rectitude décrit la précision de l’alignement d’un arbre sur toute sa longueur. Elle ne doit pas s’écarter d’une ligne idéale. Plus la rectitude est précise, plus les mouvements des éléments de guidage sont précis et uniformes. Une machine de mesure de coordonnées 3D et une sonde peuvent être utilisées pour mesurer la rectitude.

Le tableau suivant présente les normes de précision MISUMI pour la rectitude linéaire de l’arbre en fonction de D et L :

Écarts de longueur

Le tableau suivant montre les tolérances de déviation de la dimension L ou Y en fonction de la longueur de la pièce.

Le tableau suivant donne un aperçu des écarts d’épaisseur de paroi d’arbre creux autorisés pour les arbres fabriqués en matériau équivalent EN 1.3505 et EN 1.4125.

Le bon choix : Différences entre les conceptions standard et de précision

MISUMI fabrique des arbres linéaires en versions standard et de précision. Les deux variantes diffèrent, par exemple en termes d’arrondi et de rectitude, de classes de tolérance d’arbre, de traitement de surface, de matériau, de dureté du matériau et de leurs applications.

Pour plus d’informations à ce sujet, veuillez consulter nos blogs sur les tests de dureté (pertinents pour la sélection des matériaux) et les principes de base de la rugosité de surface (pertinents pour la précision et la longévité des arbres linéaires).

Voici quelques-uns des matériaux utilisés pour fabriquer les arbres :

Matériau : Matériau de précision CF53 (DIN/EN)

Le matériau CF53, ou matériau européen numéro 1.1213, est un acier trempé non allié. Sa composition chimique se compose de carbone, de silicium, de manganèse, de phosphore et de soufre. Le CF53 est adapté à l’induction et au durcissement à la flamme et peut donc être utilisé dans des applications à charges mécaniques élevées. Il est couramment utilisé dans l’industrie automobile, par exemple dans les composants d’essieu ou les colonnes guides. Avec une teneur moyenne en carbone d’environ 0,5 %, le CF53 peut être usiné avec précision par tournage, fraisage et meulage. Le durcissement inductif permet d’obtenir une stabilité dimensionnelle élevée. Il est donc facilement adapté à la production d’arbres de précision.

Matériau : Matériau de précision C45 (JIS)

Le matériau C45 (JIS) correspond au matériau européen numéro 1.0503 avec le nom abrégé DIN/EN S45C. Il s’agit d’un acier de construction tempéré ou non allié avec une structure de grain très uniforme et une teneur élevée en carbone. Il a une résistance élevée, une ductilité et une résistance à l’usure, ce qui en fait un acier populaire pour les applications d’ingénierie mécanique. C45 ne peut être durci que dans les limites. Le durcissement intégral n’est pas possible, mais une dureté de bord élevée peut être obtenue.

Matériau : Matériau de précision SUJ2 (JIS)

Le matériau SUJ2 (JIS) correspond au matériau européen numéro 1.3505 avec le nom abrégé DIN/EN 100 Cr6 et est un roulement en acier. Il est utilisé pour fabriquer des roulements à rouleaux, mais également dans les applications d’ingénierie mécanique pour les composants soumis à l’usure.

Matériau : Matériau de précision SUS304 (JIS)

Le matériau SUS304 (JIS) correspond au matériau européen numéro 1.4301 avec le nom abrégé DIN/EN X5CrNi18-10. Il s’agit d’un acier inoxydable austénitique avec une teneur en chrome et nickel de 18 %. Le SUS304 est l’une des nuances d’acier inoxydable les plus utilisées. Ses propriétés mécaniques et sa bonne résistance à la chaleur en font un choix privilégié pour les applications nécessitant à la fois résistance et résistance à la corrosion. Bien que le SUS 304 soit connu pour son excellente résistance à la corrosion, il peut se corroder, par exemple dans des environnements chauds au chlorure.

Matériau : Matériau de précision SUS440C (JIS)

Le matériau SUS440C (JIS) est conforme au numéro de matériau européen 1.4125 avec le nom abrégé DIN/EN X105CrMo17. Il s’agit d’un acier inoxydable martensitique à haute teneur en carbone. Le SUS440C atteint une résistance très élevée, une dureté et une excellente résistance à l’usure après traitement thermique. Outre ses propriétés mécaniques, il se caractérise par une bonne résistance à la corrosion dans les environnements industriels légèrement humides, acides ou alcalins.

Différentes tolérances Iso

Il existe différentes classes de tolérance ISO pour la précision de l’arbre linéaire qui définissent la précision dimensionnelle et les tolérances de fabrication. Elles définissent les écarts admissibles par rapport à la dimension nominale pour le diamètre de l’arbre et influencent la précision de l’ajustement avec les paliers (par ex., les roulements à palier lisse) et les guides. La tolérance de l’arbre indique avec quelle précision le diamètre de l’arbre correspond à la dimension nominale ou idéale. Les modèles de précision ont souvent des tolérances plus strictes, tandis que les modèles standard sont utilisés dans des applications qui permettent des tolérances plus larges.

Que signifient les classes de tolérance ISO pour les arbres en détail ?

Il existe une distinction entre les tolérances fines et grossières. Une tolérance fine signifie que l’arbre est fabriqué avec des tolérances dimensionnelles très strictes et qu’il y a peu de marge pour les écarts. Les arbres avec une tolérance fine ont une haute précision, par exemple la classe de tolérance h5. Les tolérances grossières permettent des écarts plus importants par rapport à la taille nominale. Les arbres de ce type, par exemple, avec la tolérance f8, ont une précision inférieure, mais sont généralement plus rentables. Une classe de tolérance couramment utilisée est le champ de tolérance h7, qui définit une déviation dimensionnelle étroite pour les ajustements.

Les tolérances de l’arbre interagissent toujours avec les tolérances du palier ou du guide, par exemple la tolérance de diamètre des bagues à palier lisse. La combinaison des différents champs de tolérance entraîne différents ajustements (par ex. ajustement de dégagement, ajustement à la presse ou ajustement de transition). Par exemple, la combinaison F8/h7 décrit un ajustement serré pour les machines de précision avec des exigences de positionnement précises. Alors que la lettre majuscule définit le champ de tolérance de l’alésage, la lettre minuscule définit le champ de tolérance de l’arbre.

Pour plus d’informations sur les tolérances de forme et de position, consultez notre article sur les tolérances de forme et de position selon la norme ISO 1101 et la norme japonaise JIS B 0001.

Différentes versions par type de roulement

Les paliers lisses et les roulements à rouleaux ont des exigences différentes pour la précision de l’arbre. Les paliers lisses ont deux surfaces qui se déplacent l’une contre l’autre, ce qui entraîne un mouvement de glissement. Les paliers lisses ont une grande surface de contact et peuvent également accueillir des arbres fabriqués en matériau non durci en raison de la compression de surface inférieure associée. Cependant, le positionnement du palier lisse sur l’arbre est souvent moins précis que les roulements à rouleaux. Les paliers lisses sont faciles à fabriquer et rentables. Ils sont généralement adaptés aux applications où la précision de l’alignement de l’arbre est d’importance secondaire et qui subissent des vibrations ou des charges de choc.

Les roulements à rouleaux doivent être utilisés chaque fois que des exigences de haute précision sont spécifiées. Le roulement à rouleaux réduit la résistance au frottement avec les corps de roulement entre les bagues intérieure et extérieure. Les roulements à rouleaux sont particulièrement lisses en raison de la friction de roulement qui en résulte. L’acier de précision peut servir à fabriquer des pièces nécessitant une précision particulièrement élevée. Par conséquent, les billes des éléments roulants ont une dureté élevée avec un contact à point fixe et atteignent des capacités de charge dynamique élevées. Pour éviter les marques de témoin et autres dommages à la surface de l’arbre, le matériau de l’arbre linéaire doit toujours avoir une dureté supérieure à celle du matériau des éléments roulants.