Qu’est-ce qu’une vis à billes ?
Une vis à billes est un type de vis d’alimentation qui convertit un mouvement rotatif en mouvement linéaire pour déplacer la position d’un composant. La tige filetée et l’écrou sont actionnés par une bille. Lorsque l’arbre fileté et l’écrou tournent l’un par rapport à l’autre, les billes roulent dans un cycle sans fin. La résistance au glissement entre la vis et l’écrou est beaucoup plus faible que celle des vis trapézoïdales conventionnelles.
La qualité de précision de la vis et de la bille permet un mouvement précis, ce qui se traduit par une grande précision de positionnement. Elles sont utilisées dans les systèmes de direction automobile et les machines-outils de précision.
Utilisations des vis à billes
Les vis à billes sont des éléments de machine qui convertissent le mouvement de rotation, par exemple d’un moteur, en mouvement linéaire. Les principales utilisations sont le transport et le positionnement de produits et de composants, les équipements de fabrication de semi-conducteurs, les robots industriels et les machines-outils. Comme la course d’une seule rotation d’une vis à billes peut être reproduite avec précision, il est possible d’obtenir une grande précision de positionnement en combinaison avec des moteurs pas à pas.
Dans les machines-outils à commande numérique, les vis à billes sont utilisées pour configurer le mécanisme d’alimentation et obtenir une précision de positionnement. Les vis à billes sont également utilisées dans les machines alimentaires, les équipements médicaux, les robots et les machines de moulage par injection, les équipements d’impression, les équipements d’amusement, ainsi que dans les automobiles, les trains et les avions, les équipements de fabrication de semi-conducteurs et les équipements d’inspection.
Principe des vis à billes
Une vis à billes est un composant d’élément de machine composé d’un arbre de vis, d’un écrou et d’une bille, qui convertit un mouvement rotatif en mouvement linéaire ou un mouvement linéaire en mouvement rotatif. Ce composant utilise la technologie tribologique, qui permet de placer une bille entre l’arbre de la vis et l’écrou et de la faire rouler légèrement. Le mouvement de contact glissant de la surface de la vis est converti en un mouvement de contact roulant. Les billes doivent circuler à l’infini, d’où la nécessité d’un composant de recirculation.
Il existe différents types de systèmes de circulation, tels que le tube de retour, le déflecteur d’extrémité, le capuchon d’extrémité, la pièce, la plaque de retour, etc. et leurs applications varient en fonction de la taille et de la précision. Lors de l’utilisation de vis à billes, un rail de guidage est nécessaire pour guider l’écrou. Les rails de guidage supportent des charges verticales et des charges de moment autres que la charge axiale sur l’écrou.
L’arbre fileté se déplace avec une grande précision en combinant la longueur de l’avance, qui est la quantité de mouvement par révolution de l’écrou, avec le nombre de bandes filetées. La bille est mise sous pression pour éliminer le jeu de l’écrou et obtenir une grande précision de positionnement sans rotation irrégulière de l’arbre fileté ou de l’écrou.
Autres informations sur les vis à billes
1. Caractéristiques des vis à billes
Les vis à billes se caractérisent par leur capacité à convertir le mouvement de rotation d’une machine en mouvement linéaire. Inversement, il est également possible de convertir un mouvement linéaire en mouvement rotatif. Le couple nécessaire pour entraîner la rotation de l’arbre de la vis peut être réduit à 1/3 ou moins par rapport à une vis ordinaire. Par conséquent, le moteur entraînant la vis à billes peut être plus petit et plus léger.
La différence entre le couple de frottement initial et le couple de frottement cinétique est faible et les phénomènes de glissement peuvent être évités, de sorte que les machines peuvent être contrôlées avec une grande précision. Les écrous peuvent être préchargés en utilisant deux écrous ou en utilisant à l’avance des billes de plus grand diamètre. Le jeu est éliminé et la rigidité est accrue, ce qui se traduit par une meilleure contrôlabilité.
La durée de vie de l’usure et de la fatigue de roulement de la vis à billes peut être prédite par calcul, ce qui augmente la fiabilité opérationnelle. Le coefficient de frottement sur la surface de contact entre la vis et l’écrou est d’environ 0,1-0,2 pour les vis à glissement, alors qu’il est de 0,002-0,004 pour les vis à billes. L’efficacité de la transmission est donc élevée, supérieure à 90 %.
Elles sont faciles à utiliser et rentables, car leurs dimensions et leur précision sont normalisées au niveau international et produites en masse dans des usines spécialisées. En revanche, les vis à billes présentent l’inconvénient d’être vulnérables aux chocs. Les pièces coulissantes étant en contact ponctuel, elles sont susceptibles de laisser des bosses et d’autres marques lorsqu’elles sont soumises à un impact. Les corps étrangers qui pénètrent dans les pièces coulissantes peuvent également provoquer des dysfonctionnements et des défaillances. Lorsqu’elles sont utilisées comme arbre coulissant dans des machines-outils, elles doivent être munies d’un couvercle ou d’un dispositif similaire afin d’éviter la contamination par des copeaux.
2. Méthodes de fabrication des vis à billes
Les vis à billes peuvent être divisées en roulage et rectification en fonction de la méthode de production.
Vis à billes par roulage
Dans cette méthode, une barre ronde est pressée contre un outil appelé matrice de laminage pendant qu’elle tourne, et les rainures du filetage sont formées par déformation plastique. Par rapport à la rectification, le degré de précision tend à être inférieur.
Vis à billes rectifiée
Cette méthode utilise une machine-outil appelée rectifieuse de filets pour former les rainures de filetage par meulage. La rectification cylindrique étant effectuée après le traitement thermique, la surface est plus lisse que celle du laminage. Cette méthode est utilisée lorsqu’un contrôle machine de haute précision est nécessaire, par exemple sur les axes de glissement des petites machines-outils destinées à la fabrication d’instruments de précision.