ISO 230-12:2022
(Main)Test code for machine tools — Part 12: Accuracy of finished test pieces
Test code for machine tools — Part 12: Accuracy of finished test pieces
This document specifies methods for defining machining tests for manufacturing accurate test pieces, and for evaluating the influence of quasi-static geometric errors of linear axes and rotary axes, and the influence of the synchronization error of simultaneously controlled multiple axes. Although quasi-static geometric errors are often major contributors for geometric errors of finished test pieces, other factors, e.g. the dynamic contouring error, can also have significant influence. This document describes examples of test piece geometry applicable to individual machine tools, possible contributors to machining error, deviations to be measured and measuring instruments. By clarifying possible contributors to machining error in each machining test, this document gives a guidance to machine tool manufacturers or users such that proper machining tests can be chosen to evaluate a machine tool’s machining performance in specified machining applications. Machining tests to evaluate the geometric accuracy of a single surface are described in Clause 5, and those to evaluate geometric relationship of multiple machining features are described in Clause 6. Clause 7 presents machining tests for other objectives: machining tests for evaluation of short-term capability (7.2), and machining tests for evaluation of thermal influence (7.3).
Code d'essai des machines-outils — Partie 12: Exactitude des pièces d'essai finies
Le présent document spécifie des méthodes pour définir des essais d’usinage afin de fabriquer des pièces d’essai, et pour évaluer l’influence des erreurs géométriques quasi-statiques d’axes linéaires et d’axes de rotation, et l’influence de l’erreur de synchronisation d’axes multiples commandés simultanément. Bien que les erreurs géométriques quasi-statiques constituent souvent les principales causes d’erreurs géométriques de pièces d’essai finies, d’autres facteurs, par exemple, l’erreur de contournage dynamique, peuvent également avoir une importance significative. Le présent document décrit des exemples de géométrie de pièces d’essai applicables à des machines-outils individuelles, les causes possibles d’erreur d’usinage, les écarts à mesurer et les instruments de mesure. En clarifiant les causes possibles d’une erreur d’usinage pour chaque essai d’usinage, le présent document donne des orientations aux fabricants ou utilisateurs de machines-outils de manière à pouvoir choisir des essais d’usinage appropriés pour évaluer les performances d’usinage d’une machine-outil dans des applications d’usinage spécifiées. Les essais d’usinage destinés à évaluer l’exactitude géométrique d’une surface simple sont décrits dans l’Article 5, et ceux destinés à évaluer la relation géométrique de caractéristiques d’usinage multiples sont décrits dans l’Article 6. L’Article 7 présente des essais d’usinage à d'autres fins: essais d’usinage pour évaluer la capacité à court terme (7.2), et essais d’usinage pour évaluer l’influence thermique (7.3).
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 230-12
First edition
2022-06
Test code for machine tools —
Part 12:
Accuracy of finished test pieces
Code d'essai des machines-outils —
Partie 12: Exactitude des pièces d'essai finies
Reference number
© ISO 2022
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Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .v
Introduction . vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Preliminary remarks . 2
4.1 Measuring units . 2
4.2 Reference to ISO 230-1 . 2
4.3 Machining conditions . 2
4.4 Tests to be performed . 2
4.5 Measuring instruments . 3
4.6 Location of test pieces . . 3
4.7 Fixing of test pieces . 3
4.8 Material of test pieces, tooling and cutting parameters . 3
4.9 Rough cuts . 3
4.10 Diagrams . 3
4.11 Information to be recorded . 4
4.12 Software compensation . 4
5 Machining tests to evaluate the geometric accuracy of a single surface .4
5.1 General . 4
5.2 Machining of a cylindrical surface . 4
5.2.1 Machining of rotating disc . 4
5.2.2 Machining of rotating cylinder with a feed in the axial direction . 6
5.2.3 Machining of a cylindrical surface by circular contouring . 11
5.3 Machining tests of a flat surface . 13
5.3.1 Facing of a rotating test piece . 13
5.3.2 Machining of a flat surface with non-rotating test piece .15
5.3.3 Face machining of multiple surfaces . 17
5.3.4 Flank machining with one linear axis . 19
5.3.5 Flank machining with two linear axes . 20
5.4 Machining of a rotating spherical surface . 22
5.4.1 Object .22
5.4.2 Test procedure.22
5.4.3 Geometric features to be measured . 23
5.4.4 Measuring instruments . .23
5.4.5 Possible contributors to machining error . 23
5.4.6 Machines to be tested .23
5.4.7 Information to be reported . 23
5.5 Flank milling of a cone frustum with five-axis interpolation . 24
5.5.1 Object . 24
5.5.2 Test procedure. 24
5.5.3 Geometric features to be measured . 25
5.5.4 Measuring instruments . .25
5.5.5 Possible contributors to machining error . 26
5.5.6 Machines to be tested .26
5.6 Flank milling of a truncated square pyramid with five-axis interpolation .26
5.6.1 Object . 26
5.6.2 Test procedure: . 26
5.6.3 Geometric features to be measured . 27
5.6.4 Measuring instruments . . 27
5.6.5 Possible contributors to machining error . 27
5.6.6 Machines to be tested . 27
iii
6 Machining tests to evaluate geometric relationship of multiple machining features .27
6.1 General . 27
6.2 Machining of internal and external cylindrical surfaces .28
6.2.1 Object .28
6.2.2 Test procedure.28
6.2.3 Geometric features to be measured .29
6.2.4 Measuring instruments . .29
6.2.5 Possible contributors to machining error .29
6.2.6 Machines to be tested .29
6.2.7 Information to be reported .30
6.3 Machining of holes at multiple positions over the test piece .30
6.3.1 Object .30
6.3.2 Test procedure.30
6.3.3 Geometric features to be measured . 31
6.3.4 Measuring instrument . 31
6.3.5 Possible contributors to machining error . 31
6.3.6 Machines to be tested . 31
6.4 Machining multiple surfaces with linear motion . 31
6.4.1 Flank machining of two faces perpendicular to each other . 31
6.4.2 Flank machining of faces inclined with respect to the reference surface .33
6.5 Multiple features machined with angular indexing of test piece .36
6.5.1 Boring of a cylindrical surface with angular indexing of test piece by 180° .36
6.5.2 Machining bores with angular indexing of test piece .38
6.5.3 Machining rectangular test piece using single linear axis combined with
angular indexing of rotary axis parallel to the tool axis .40
6.5.4 Machining rectangular test piece using single linear axis combined with
angular indexing of rotary axis perpendicular to the tool axis . 41
7 Special machining tests .45
7.1 General . 45
7.2 Machining tests for evaluation of short-term capability . 45
7.3 Machining tests for evaluation of thermal influence . 45
8 Measurement uncertainty .45
Bibliography .46
iv
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2,
Test conditions for metal cutting machine tools.
A list of all parts in the ISO 230 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
v
Introduction
The purpose of the ISO 230 series is to standardize methods of testing the accuracy of machine tools,
excluding portable power tools.
When a machine tool is used to repeatedly machine a single test piece in a mass production line, some
machine tool users want to test cut that single test piece and check its geometric accuracy, as a part of
acceptance tests for a machine tool. For machines machining multiple types of test pieces, standard
test pieces should be used. The geometric error of the finished test piece can be caused by various
error motions of a spindle, linear axes, rotary axes, or other mechanical components of a machine
tool. A proper set of machining tests should be chosen such that it exhibits the influence of machine
error motions for a machine tool user’s possible machining applications. This document specifies a set
of machining tests that can be used to assess the influence of various quasi-static error motions of a
machine tool. This document is intended to supply minimum requirements for assessing the finish-
cutting accuracy of the machine.
Standard test pieces are defined in machine-specific International Standards. In some machine-specific
International Standards, recent machining applications are not be fully covered. For example, five-
axis machining centres can perform turning operations by using a rotary table. The machine-specific
International Standard for a machining centre, ISO 10791-7, describes no machining test for turning
operation. Turning tests are included in ISO 13041-5. This document describes a family of machining
tests that covers potential applications of various types of machine tools.
In general, machining tests described in machine-specific international standards, influenced by
multiple causes, are not intended to identify individual error sources contributing to the measured
errors of the machined test pieces. In contrast, tests for identifying quasi-static error motions described
in ISO 230-1 are designed to identify individual error sources for each motion axis. This document
provides test pieces for machining tests to isolate certain error sources and allow manufacturers/users
to pick those corresponding to their intended machining applications.
The tests described in this document can be used either for testing different types of machine tools
(type testing) or testing individual machine tools for acceptance purposes.
vi
INTERNATIONAL STANDARD ISO 230-12:2022(E)
Test code for machine tools —
Part 12:
Accuracy of finished test pieces
1 Scope
This document specifies methods for defining machining tests for manufacturing accurate test pieces,
and for evaluating the influence of quasi-static geometric errors of linear axes and rotary axes, and
the influence of the synchronization error of simultaneously controlled multiple axes. Although quasi-
static geometric errors are often major contributors for geometric errors of finished test pieces, other
factors, e.g. the dynamic contouring error, can also have significant influence.
This document describes examples of test piece geometry applicable to individual machine tools,
possible contributors to machining error, deviations to be measured and measuring instruments.
By clarifying possible contributors to machining error in each machining test, this document gives a
guidance to machine tool manufacturers or users such that proper machining tests can be chosen to
evaluate a machine tool’s machining performance in specified machining applications.
Machining tests to evaluate the geometric accuracy of a single surface are described in Clause 5, and
those to evaluate geometric relationship of multiple machining features are described in Clause 6.
Clause 7 presents machining tests for other objectives: machining tests for evaluation of short-term
capability (7.2), and machining tests for evaluation of thermal influence (7.3).
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 230-1:2012, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or quasi-static conditions
ISO 1101:2017, Geometrical product specifications (GPS) — Geometrical tolerancing — Tolerances of form,
orientation, location and run-out
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 230-1:2012 and ISO 1101:2017
apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
4 Preliminary remarks
4.1 Measuring units
In this document, all linear dimensions and deviations are expressed in millimetres. All angular
dimensions are expressed in degrees. Angular deviations are, in principle, expressed in ratios but in
some cases, micro-radians or arc-seconds can be used for clarification purposes. Formula (1) should
always be considered:
0,010/1 000 = 10 μrad ≈2 ’’ (1)
Temperatures are expressed in degrees Celsius (°C).
4.2 Reference to ISO 230-1
Reference should be made to ISO 230-1, especially for the installation of the machine before testing and
for the recommended accuracy of the testing equipment.
4.3 Machining conditions
In principle, the machining tests described in this document shall be machined under conditions that
are typical for the use of the machine tool under test. If no typical use is defined, and to recognize
significant errors of the machine tool under test from the geometric accuracy of the finished test piece,
the tests should be performed under the following conditions:
a) machine tool axes shall be moved slowly to minimize dynamic effects and behave in a quasi-static
manner, i.e. with no dynamic influences and servo [control] limitations. However, this provision is
not applicable to some machine tool-specific test pieces execution (e.g. five-axes contouring test
pieces) where the aim is to test machine performances at specified tool path feed speed;
b) the machine tool and the cutting tool should not be influenced by any significant machining forces,
which is the case for most finishing cuts;
c) the cutting tool and the cutting parameters, i.e. feed, speed, tool geometry, etc., should be suitable
for the material machined;
d) the material machined should be uniform, i.e. the change in its parameters like hardness and
strength over the machined surface should be within the prescribed tolerance;
e) the cutting tool used should not be worn and should not wear significantly during the machining of
the test pieces;
f) for the tests described in Clauses 5 and 6, the machine tool should not be influenced by any
thermal load, i.e. the machine tool should be in a thermally stable condition. The influence of
the environmental thermal change, the spindle rotation, rotating axes, and the linear motion of
components, can be checked by the tests described in ISO 230-3:2020. 7.3 describes machining
tests to check the thermal influence on the geometric accuracy of the finished test piece.
Although quasi-static geometric errors of a machine tool are major contributors, it is always possible
that other factors, e.g. the dynamic contouring error, can impose significant influence on the finished
test piece’s geometry.
4.4 Tests to be performed
When testing a machine, it is by no means necessary or possible to carry out all the tests described
in this document. When the tests are required for acceptance purposes, it is up to the user to choose,
in agreement with the manufacturer/supplier, those tests relating to the components and/or the
properties of the machine which are of interest. These tests are to be clearly stated when ordering a
machine. Mere reference to this document for the acceptance tests, without specifying the tests to be
carried out, and without agreement on the relevant expenses, cannot be considered as binding for any
contracting party.
In principle, no more than one piece of each type should be machined for acceptance purposes. In case
of special requirements, such as statistical assessment of the machine tool performance (see 7.2), the
machining of more test pieces is required.
4.5 Measuring instruments
Measuring instruments indicated in the tests described in the following sections are examples only.
Other instruments capable of measuring the same quantities and having the same, or a smaller,
measurement uncertainty can be used. Reference shall be made to ISO 230-1:2012, Clause 5, which
indicates the relationship between measurement uncertainties and the tolerances.
When a “linear displacement sensor” is referred to, it can mean not only dial test indicators (DTI),
but any type of linear displacement sensor such as analogue or digital dial gauges, linear variable
differential transformers (LVDTs), linear scale displacement gauges, or non-contact sensors, when
applicable to the test concerned (see ISO 230-1:2012, Clause 4).
In the same way, when a “squareness reference artefact” is mentioned, it can mean e.g. a granite or
ceramic or steel or cast-iron square, a cylinder square, a reference cube, or, again, a special, dedicated
artefact.
4.6 Location of test pieces
Test pieces shall be machined in the general location where production parts are machined. If no general
location is specified for the machine tool under test, the test piece should be placed approximately at
mid-travel of the X-axis, and in positions along Y- and Z-axes suitable for the location of the test piece
and/or fixture, and for the tool lengths if not specified otherwise in the test procedure.
4.7 Fixing of test pieces
The test piece shall be conveniently mounted on a proper fixture, such that maximum stability of
cutting tools and fixture is achieved. The mounting surfaces of the fixture and of the test piece shall
be flat. A suitable means of fixturing should be used to allow for tool breakthrough and full-length
machining of a centre hole, for example. The test piece should also be mounted on the fixture with
countersink/counterbored screws, such that subsequent machining does not interfere with the screws.
Other methods are possible and may be selected. The overall height of the test piece depends on the
selected method of fixing. Fixtures used for machining are preferably used also for measurements.
4.8 Material of test pieces, tooling and cutting parameters
The test piece material, tooling and the subsequent cutting parameters are subject to agreement
between manufacturer/supplier and user and shall be recorded. The test piece material shall be
specified with proper material designations.
Machine-specific International Standards specify the size of test pieces. If not, it is subject to agreement
between manufacturer/supplier and user.
4.9 Rough cuts
This document does not specify roughing operations. Preliminary cuts should be taken in order to
make the depth of cut as constant as possible.
4.10 Diagrams
Diagrams in this document illustrate only an example test setup. The coordinate system, and the name
of axes, depicted in diagrams are also only examples.
4.11 Information to be recorded
For tests made according to the requirements of this document, the following information shall be
compiled as completely as possible and included in the test report. Additional information to be
reported is described in each test.
a) material and designation of the test piece;
b) material, dimensions, and number of teeth of the tool;
c) cutting speed(s);
d) feed speed(s);
e) depth(s) of cut;
f) other cutting parameters, e.g. cutting fluid;
g) position and orientation of the test piece in the work space;
h) direction of cuts (where applicable);
i) measuring instrument and method;
j) measurement uncertainty with coverage factor k = 2.
4.12 Software compensation
When software facilities are available for compensating geometric, thermal or dynamic errors based
on an agreement between the manufacturer/supplier and user, the relevant test can be carried out
with these compensations. Some numerical thermal error compensations are based on temperature
measurements on the machine structure, and others are based on operating conditions, e.g. the
spindle rotation speed. Such a thermal compensation can be used, based on an agreement between the
manufacturer/supplier and user. When any software compensation is used, this shall be stated in the
test report.
5 Machining tests to evaluate the geometric accuracy of a single surface
5.1 General
Clause 5 specifies a set of machining tests, whose objective is to finish a single surface and to evaluate
its geometric accuracy. The main objective of the tests is to observe the influence of quasi-static error
motions, as well as position and orientation errors of axis average lines, of linear axes, rotary axes, or a
spindle.
This clause does not specify drilling tests. The position accuracy of a drilled hole is often influenced by
many factors other than the machine’s geometric errors.
5.2 Machining of a cylindrical surface
5.2.1 Machining of rotating disc
5.2.1.1 Object
A cylindrical surface of a rotating test piece is machined. It is typically a turning operation with a non-
rotating tool. It may be the cylindrical grinding with a rotating wheel. The circularity of the machined
cylindrical surface is evaluated (see Table 1).
Table 1 — Machining of a rotating disc
Major error contributors for
Inputs Outputs
machining in Figure 1
No. of simultaneous No. of simultaneous Type of Geometric Radial error motion of (C’)-ax-
linear motions during rotary motions during interpolation features to be is, E
X(C’)
machining machining measured
Tilt error motion of (C’)-axis,
1 (Z) 1 (C’) — Roundness
E
B(C’)
or 2, if a rotating tool is
Radial and tilt error motion of
used.
tool-holding spindle axis, if a
rotating tool is used.
The geometric errors observed in this test can be also observed in the test in 5.2.2. When the machine
tool under test is used for the machining of not only thin ring parts but also cylindrical parts, the test in
5.2.2 should be carried out.
5.2.1.2 Test procedure
A cylindrical surface of a rotating test piece is machined by feeding a non-rotating tool (or a rotating
wheel) to the axial direction of spindle (Z) (see Figure 1).
Key
1 cutting tool l width of the cylindrical surface
2 test piece D diameter of the cylindrical surface
3 machine chuck
Figure 1 — Machining of a rotating disc
The width of the cylindrical surface, l, should be chosen to suit the measuring instrument. The
roundness shall be measured at middle of the width of the cylindrical surface.
5.2.1.3 Geometric features to be measured
The roundness of the finished cylindrical surface.
5.2.1.4 Measuring instrument
A roundness measuring machine.
5.2.1.5 Possible contributors to machining error
The radial error motion of a workholding spindle (C’) is the main contributor to the roundness of the
finished surface. Its tilt error motion can contribute as well, and its influence is typically proportional
to the distance from the chuck face to the machining position.
The contribution of the straightness error motion of the linear axis (Z) is negligibly small.
On machine tools with rotating tool spindle, radial and tilt error motions of tool spindle influence the
test result.
5.2.1.6 Machines to be tested
— Machine tools that finish a rotating test piece by turning operations, e.g. turning machines and
turning centres, and a machining centre with a rotary table with turning capability;
— cylindrical grinding machines.
5.2.1.7 Information to be reported
— The nominal diameter of the finished cylindrical surface, D;
— the width of the cylindrical surface, l;
— the distance from the chuck jaw face to the machining position;
— spindle speed and feed speed.
NOTE Details for machining parameters are shown in ISO 13041-6, ISO 1708 and ISO 2433.
5.2.2 Machining of rotating cylinder with a feed in the axial direction
5.2.2.1 Object
A cylindrical surface of a rotating test piece is machined by feeding a non-rotating tool in a turning
operation, or a rotating wheel in a cylindrical grinding operation, to the axial direction of the spindle
(Z). Unlike the test in 5.2.1, three-dimensional geometry of the finished test piece is evaluated (see
Table 2).
Table 2 — Machining of a cylindrical surface with a feed in the axial direction
Major error
contributors for
Inputs Outputs
machining in
Figure 2
No. of simultaneous No. of simultaneous Type of inter- Geometric features to be Tilt error motions
linear motions during rotary motions dur- polation measured of (C’)-axis, E ,
B(C’)
machining ing machining
Radial error motion
1 (Z) 1 (C’) — Cylindricity.
of (C’)-axis, E
X(C’)
or 2, if a rotating tool The cylindricity may be
Parallelism error of
is used. estimated by the round-
(C’)- to Z-axis, E
B(0Z)
ness and the consistency of
.
(C’)
diameters.
Straightness error
Roundness at different Z
motion of Z-axis,
positions
E .
XZ
For a rotating tool:
Radial and tilt
error motion of tool
spindle
Tool spindle axis of
rotation not parallel
to Z
Conical grinding
wheel
5.2.2.2 Test procedure
A cylindrical surface of a rotating test piece is turned by feeding a non-rotating tool to the axial
direction of the spindle (Z) [see Figure 2 a)]. The length of the finished cylinder, L, is typically the
diameter of the finished test piece multiplied by 0,8 to 2,5, depending on the chucking of the test piece
or the orientation of the spindle axis (vertical or horizontal). Figure 2 b) shows the setup on a cylindrical
grinding machine.
a) Turning by a non-rotating cutting tool
b) Grinding by a grinding wheel
Key
1 cutting tool D diameter of the finished cylinder
2 grinding wheel L length of the finished cylinder
3 test piece
4 machine chuck
Figure 2 — Machining of a cylindrical surface with a feed in the axial direction
5.2.2.3 Geometric features to be measured
— The roundness of the finished cylindrical surface at two different axial (Z) positions;
— the cylindricity of the finished test piece (see ISO 12180-1). The cylindricity may be estimated by
the roundness and the consistency of diameters machined at different Z positions.
5.2.2.4 Measuring instruments
— Roundness measuring machine;
— coordinate measuring machine (CMM);
— outside/inside micrometer to measure the consistency of diameters.
5.2.2.5 Possible contributors to machining error
See 5.2.1.5 for contributors to the roundness at each axial position (Z).
The difference in the roundness at two axial positions (Z) shows the influence of the tilt error motion of
the spindle (C’). Its influence is proportional to the distance between two measured positions.
The parallelism error of the linear axis (Z) and the spindle axis (C’) makes the finished test piece
conical. It causes the inconsistency of the diameter at different axial (Z) positions, which increases the
cylindricity error of the finished test piece. Another contributor to the cylindricity error of the finished
test piece is the straightness error motion of the Z-axis in the radial (X) direction.
When a rotating tool is used, radial and tilt error motions of tool spindle, a conical grinding wheel, and a
spindle of rotating tool not parallel to the Z-axis of machine tool, can contribute.
5.2.2.6 Analogous tests
An internal cylindrical surface of a rotating test piece is turned by feeding a non-rotating boring tool to
the axial direction of the spindle (Z) (see Figure 3). Contributors to the machining error are analogous
to those in the test above. In a boring operation, angular error motions of the linear axis, e.g. E , can
BZ
have larger influence on the cylindricity of the finished test piece due to the larger offset in Z.
Key
1 cutting tool D diameter of the finished inner cylinder
2 test piece D outer diameter of the cylinder
3 machine chuck L length of the finished inner cylinder
Figure 3 — Machining of an internal cylindrical surface with a feed in the axial direction
Alternatively, three discs can be machined (see Figure 4). The three-disc surfaces are treated as
pertaining to a single cylinder. The roundness of the three-disc surfaces and the consistency of their
diameters are evaluated, respectively the cylindricity of the three discs combined.
Key
1 test piece L total length of the cylinder
2 machine chuck l width of single disc
D diameter of disc
Figure 4 — Machining of three discs with a feed in the axial direction
5.2.2.7 Machines to be tested
— Machine tools that finish a rotating test piece by turning operations, e.g. turning machines and
turning centres, and a machining centre with a rotary table with turning capability;
— internal and external cylindrical grinding machines.
5.2.2.8 Information to be reported
— The nominal diameter of the finished surface;
— the width of the cylindrical surface, (L in Figure 2, L in Figure 3 and L in Figure 4);
2 3 4
— the width of the discs, l (in Figure 4 only);
— the nominal diameter of the unfinished surface, D (in Figure 3 only);
— spindle speed and feed speed.
NOTE Details for machining parameters are shown in ISO 13041-6, ISO 1708 and ISO 2433.
5.2.3 Machining of a cylindrical surface by circular contouring
5.2.3.1 Object
A cylindrical surface is machined by a rotating tool moving on a circular trajectory by two linear axes.
The roundness error of the finished surface is measured (see Table 3). Table 3 shows an example for
circular contouring in the XY plane.
Table 3 — Machining of a cylindrical surface by circular contouring by X- and Y-axes
Major error contributors for
Inputs Outputs
machining in Figure 5
No. of No. of Type of Geometric Straightness error motions, E and E ,
YX XY
simultaneous line- simultaneous interpolation features to be and linear positioning error motions, E
XX
ar motions during rotary motions measured and E .
YY
machining during machining
Squareness error of Y to X, E .
C(0X)Y
2 (X and Y) 1 (Tool) Circular Roundness
Angular error motions, E , E , E , E ,
AX BX CX AY
E , and E , can influence depending
BY CY
on the machine configuration and the
positions where linear positioning and
straightness error motions are meas-
ured.
Radial error motions of the spindle (C)
and tilt error motions of the spindle (C),
E , E , E , and E .
X(C) Y(C) A(C) B(C)
Dynamic errors caused by circular inter-
polation and different following errors
(mismatch of position loop gains).
5.2.3.2 Test procedure
The surface is finished on a circular trajectory by two linear axes (see Figure 5).
The blank shall be provided with a base suitable for being fastened to the work holding table/pallet or
to a fixture, providing a sufficient stiffness. Preliminary cuts should be taken to make the depth of cut
as constant as possible.
Key
1 cutting tool 2 test piece
Figure 5 — Machining test of a cylindrical surface by circular contouring
5.2.3.3 Geometric features to be measured
The roundness of the finished surface, including start/stop and reversal points.
5.2.3.4 Measuring instrument
A roundness-measuring machine or coordinate measuring machine (CMM).
5.2.3.5 Possible contributors to machining error
The straightness error motion, the linear positioning error motion of the linear axes (X and Y), the
squareness error of Y to X, and the radial error motion of the spindle are the main contributors.
The angular error motions (pitch and roll) of the linear axes (X and Y) and the tilt error motion of
the spindle (C) can also influence the roundness. Their influence can be larger in proportion to the
tool length and/or test piece setting position. The yaw error motion of linear axes can influence the
roundness depending on the machine configuration and the position where the straightness error
motion is measured.
The dynamic contouring error with circular interpolation of X and Y axes influences the roundness
error, e.g. the quadrant glitch.
The ingoing or outgoing of the cutter can influence the roundness profile of the surface.
5.2.3.6 Machines to be tested
— Machine tools that finish a surface by a rotating spindle, e.g. all milling machines, and NC grinding
machines for grinding operations;
— wire electrical discharge machining (EDM) machines.
5.2.3.7 Information to be reported
— Tool length and diameter and number of teeth, or diameter of grinding wheel, if applicable;
— spindle speed and feed speed, if applicable;
— radial and axial depth of cut;
— diameter of test piece.
NOTE Details for machining parameters are shown in ISO 10791-7, ISO 8636-1, ISO 1985 and ISO 14137.
5.3 Machining tests of a flat surface
5.3.1 Facing of a rotating test piece
5.3.1.1 Object
A surface perpendicular to the spindle axis (C’) is machined by feeding a cutting tool to the radial
direction of the spindle axis (C’). Typically, it is a turning process with a non-rotating tool. It can be
done by using a rotating grinding wheel. The flatness of the machined surface is evaluated (see Table 4).
Table 4 — Facing of a rotating test piece
Major error contributors for
Inputs Outputs
machining in Figure 6
No. of simu
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 230-12
Première édition
2022-06
Code d'essai des machines-outils —
Partie 12:
Exactitude des pièces d'essai finies
Test code for machine tools —
Part 12: Accuracy of finished test pieces
Numéro de référence
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Tél.: +41 22 749 01 11
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction . vi
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Observations préliminaires . .2
4.1 Unités de mesure . 2
4.2 Référence à l'ISO 230-1 . 2
4.3 Conditions d’usinage . 2
4.4 Essais à réaliser . 3
4.5 Instruments de mesure . 3
4.6 Emplacement des pièces d’essai . 3
4.7 Fixation des pièces d’essai . . 3
4.8 Matériau des pièces d’essai, outillage et paramètres de coupe . 3
4.9 Usinage de piéce brute . 4
4.10 Schémas . 4
4.11 Informations à relever . 4
4.12 Compensation par logiciel . 4
5 Essais d’usinage pour évaluer l’exactitude géométrique d’une surface simple .4
5.1 Généralités . 4
5.2 Usinage d’une surface cylindrique . 5
5.2.1 Usinage d’un disque rotatif . 5
5.2.2 Usinage du cylindre rotatif avec une avance dans le sens axial . 6
5.2.3 Usinage d’une surface cylindrique par contournage circulaire . 11
5.3 Essais d’usinage d’une surface plate . 13
5.3.1 Dressage d'une pièce d'essai en rotation .13
5.3.2 Usinage d’une surface plate avec une pièce d’essai non rotative .15
5.3.3 Usinage frontal de surfaces multiples . 17
5.3.4 Usinage sur le flanc avec un axe linéaire . 19
5.3.5 Usinage par le flanc avec deux axes linéaires . 21
5.4 Usinage d’une surface sphérique en rotation . 23
5.4.1 Objet . 23
5.4.2 Mode opératoire d'essai .23
5.4.3 Caractéristiques géométriques à mesurer . 24
5.4.4 Instruments de mesure . 24
5.4.5 Causes possibles d’une erreur d’usinage . 24
5.4.6 Machines à soumettre à l'essai . 24
5.4.7 Informations à relever . 25
5.5 Fraisage par le flanc d’un tronc de cône avec interpolation cinq axes . 25
5.5.1 Objet . 25
5.5.2 Mode opératoire d'essai .25
5.5.3 Caractéristiques géométriques à mesurer . 27
5.5.4 Instruments de mesure . 27
5.5.5 Causes possibles d’une erreur d’usinage . 27
5.5.6 Machines à soumettre à l'essai . 27
5.6 Fraisage par le flanc d’une pyramide tronquée à coupe carrée avec interpolation
sur cinq axes . 27
5.6.1 Objet . 27
5.6.2 Mode opératoire d'essai .28
5.6.3 Caractéristiques géométriques à mesurer .28
5.6.4 Instruments de mesure .29
5.6.5 Causes possibles d’une erreur d’usinage .29
iii
5.6.6 Machines à soumettre à l'essai .29
6 Essais d’usinage pour évaluer la relation géométrique de caractéristiques
d’usinage multiples .29
6.1 Généralités .29
6.2 Usinage de surfaces cylindriques internes et externes .29
6.2.1 Objet . 29
6.2.2 Mode opératoire d'essai .30
6.2.3 Caractéristiques géométriques à mesurer .30
6.2.4 Instruments de mesure .30
6.2.5 Causes possibles d’une erreur d’usinage .30
6.2.6 Machines à soumettre à l'essai . 31
6.2.7 Informations à relever . 31
6.3 Usinage de trous à des positions multiples sur la pièce d’essai . 31
6.3.1 Objet . 31
6.3.2 Mode opératoire d'essai . 31
6.3.3 Caractéristiques géométriques à mesurer . 32
6.3.4 Instrument de mesure . 32
6.3.5 Causes possibles d’une erreur d’usinage . 32
6.3.6 Machines à soumettre à l'essai . 33
6.4 Usinage de surfaces multiples avec mouvement linéaire . 33
6.4.1 Usinage par le flanc de deux faces perpendiculaires entre elles .33
6.4.2 Usinage par le flanc de faces inclinées par rapport à la surface de référence .35
6.5 Caractéristiques multiples usinées avec indexage angulaire de la pièce d’essai . 37
6.5.1 Alésage d’une surface cylindrique avec indexage angulaire de la pièce
d’essai de 180° . 37
6.5.2 Usinage d’alésages avec indexage angulaire de la pièce d’essai .40
6.5.3 Usinage d’une pièce d’essai rectangulaire en utilisant un axe linéaire
unique combiné à un indexage angulaire de l’axe rotatif parallèle à l’axe de
l’outil . 42
6.5.4 Usinage d’une pièce d’essai rectangulaire en utilisant un axe linéaire
unique combiné à un indexage angulaire de l’axe rotatif perpendiculaire à
l’axe de l’outil .44
7 Essais d’usinage spéciaux.48
7.1 Généralités .48
7.2 Essais d’usinage pour évaluer la capacité à court terme .48
7.3 Essais d’usinage pour évaluer l’influence thermique .48
8 Incertitude de mesure.48
Bibliographie .50
iv
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/patents).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité à l'intention des utilisateurs, et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/fr/foreword.
Le présent document a été élaboré par le Comité technique ISO/TC 39, Machines-outils, sous-comité
SC 2, Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 230 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que tout retour d’information ou questions sur le présent document soit adressé à l’organisme
national de normalisation de l'utilisateur. Une liste complète de ces organismes peut être consultée à
l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
v
Introduction
L'objet de la série ISO 230 est de normaliser des méthodes d'essai pour vérifier l’exactitude des
machines-outils, à l'exception des machines-outils électriques portatives.
Lorsqu'une machine-outil est utilisée pour usiner de manière répétée une pièce d'essai simple sur
une ligne de production en série, certains utilisateurs de machines-outils souhaitent réaliser un essai
de coupe sur cette pièce d’essai simple et vérifier son exactitude géométrique, dans le cadre d’essais
de réception pour une machine-outil. Pour les machines usinant plusieurs types de pièces d’essai, il
convient d’utiliser des pièces d’essai normalisées. L’erreur géométrique de la pièce d’essai finie peut
être causée par différentes erreurs de mouvements d’une broche, d’axes linéaires, d’axes de rotation,
ou d’autres composants mécaniques d’une machine-outil. Il convient de choisir un ensemble approprié
d’essais d’usinage de manière à ce qu’il montre l’influence des erreurs de mouvements de la machine
pour des applications d’usinage possibles d’un utilisateur de machine-outil. Le présent document
spécifie un ensemble d’essai d’usinage qui peut être utilisé pour évaluer l’influence de diverses erreurs
de mouvements quasi-statiques d’une machine-outil. Le présent document est destiné à fournir des
exigences minimales pour évaluer l’exactitude des passes de finition de la machine.
Les pièces d’essai normalisées sont définies dans les Normes internationales spécifiques aux machines.
Certaines Normes internationales spécifiques aux machines ne couvrent pas les applications d’usinage
récentes. Par exemple, les centres d’usinage à cinq axes peuvent réaliser des opérations de tournage en
utilisant une table rotative. La Norme internationale spécifique aux machines pour un centre d’usinage,
ISO 10791-7, ne décrit aucun essai d’usinage pour l’opération de tournage. Les essais de tournage sont
inclus dans l’ISO 13041-5. Le présent document décrit une famille d’essais d’usinage qui couvre des
applications potentielles de divers types de machines-outils.
En général, les essais d’usinage décrits dans les normes internationales spécifiques aux machines, sous
l’influence de causes multiples, ne sont pas destinés à identifier les sources d’erreurs individuelles
contribuant aux erreurs mesurées des pièces d’essai usinées. À l’inverse, les essais pour identifier les
erreurs de mouvements quasi-statiques décrits dans l’ISO 230-1 sont destinés à identifier les sources
d’erreurs individuelles pour chaque axe de mouvement. Le présent document fournit des pièces
d’essai pour les essais d’usinage afin d’isoler certaines sources d’erreurs et permettre aux fabricants/
utilisateurs de choisir les pièces correspondant à leurs applications d’usinage prévues.
Les essais décrits dans le présent document peuvent être utilisés soit pour des essais de différents
types de machines-outils (essai de type) soit pour des essais de machines-outils individuelles aux fins
de réception.
vi
NORME INTERNATIONALE ISO 230-12:2022(F)
Code d'essai des machines-outils —
Partie 12:
Exactitude des pièces d'essai finies
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie des méthodes pour définir des essais d’usinage afin de fabriquer des
pièces d’essai, et pour évaluer l’influence des erreurs géométriques quasi-statiques d’axes linéaires
et d’axes de rotation, et l’influence de l’erreur de synchronisation d’axes multiples commandés
simultanément. Bien que les erreurs géométriques quasi-statiques constituent souvent les principales
causes d’erreurs géométriques de pièces d’essai finies, d’autres facteurs, par exemple, l’erreur de
contournage dynamique, peuvent également avoir une importance significative.
Le présent document décrit des exemples de géométrie de pièces d’essai applicables à des machines-
outils individuelles, les causes possibles d’erreur d’usinage, les écarts à mesurer et les instruments de
mesure. En clarifiant les causes possibles d’une erreur d’usinage pour chaque essai d’usinage, le présent
document donne des orientations aux fabricants ou utilisateurs de machines-outils de manière à pouvoir
choisir des essais d’usinage appropriés pour évaluer les performances d’usinage d’une machine-outil
dans des applications d’usinage spécifiées.
Les essais d’usinage destinés à évaluer l’exactitude géométrique d’une surface simple sont décrits dans
l’Article 5, et ceux destinés à évaluer la relation géométrique de caractéristiques d’usinage multiples
sont décrits dans l’Article 6. L’Article 7 présente des essais d’usinage à d'autres fins: essais d’usinage
pour évaluer la capacité à court terme (7.2), et essais d’usinage pour évaluer l’influence thermique (7.3).
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 230-1:2012, Code d'essai des machines-outils — Partie 1: Exactitude géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-statiques
ISO 1101:2017, Spécification géométrique des produits (GPS) — Tolérancement géométrique —
Tolérancement de forme, orientation, position et battement
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 230-1:2012 et dans
l’ISO 1101:2017 s'appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
4 Observations préliminaires
4.1 Unités de mesure
Dans le présent document, toutes les dimensions linéaires et tous les écarts sont exprimés en
millimètres. Toutes les dimensions angulaires sont exprimées en degrés. Les écarts angulaires
sont, en principe, exprimés sous forme de rapports, mais dans certains cas, les microradians ou les
secondes d'arc peuvent être utilisés pour des besoins de clarification. Il convient de toujours prendre en
considération la Formule (1):
0,010/1 000 = 10 μrad ≈2 ’’ (1)
Les températures sont exprimées en degrés Celsius (°C).
4.2 Référence à l'ISO 230-1
Il convient de faire référence à l’ISO 230-1, notamment, pour l’installation de la machine avant l’essai et
pour l’exactitude recommandée de l’équipement de contrôle.
4.3 Conditions d’usinage
En principe, les essais d’usinage décrits dans le présent document doivent être réalisés dans des
conditions types d’utilisation de la machine-outil soumise à l’essai. Si aucune utilisation type n’est
définie, et afin d’identifier les erreurs significatives de la machine-outil soumise à l’essai à partir de
l’exactitude géométrique de la pièce d’essai finie, il convient de réaliser les essais dans les conditions
suivantes:
a) il convient que le mouvement des axes de la machine-outil soit lent et que leur comportement
soit quasi-statique, c'est-à-dire sans aucune influence dynamique ni contrainte (commande)
d'asservissement. Toutefois, cette condition ne s'applique pas à certaines machines-outils exécutant
des essais de réalisation de pièces spécifiques (par exemple, un essai de contournage 5 axes) pour
lesquelles le but de l'essai est d'évaluer les performances de la machine à une vitesse d'avance
spécifiée;
b) il convient que la machine-outil et l’outil de coupe ne soient pas influencés par des forces d'usinage
importantes, ce qui est le cas pour la plupart des passes de finition;
c) il convient que l'outil de coupe et les paramètres de coupe, c'est-à-dire l'avance, la vitesse, la
géométrie de l'outil, etc., soient adaptés au matériau usiné;
d) il convient que le matériau usiné soit uniforme, c’est-à-dire qu'il convient que ses paramètres
comme la dureté et la résistance sur la surface usinée se trouvent dans la tolérance prescrite;
e) il convient que l'outil de coupe utilisé ne soit pas usé et ne s'use pas de manière importante pendant
l'usinage des pièces d'essai;
f) pour les essais décrits dans les Articles 5 et 6, il convient que la machine-outil ne soit influencée par
aucune charge thermique, en d'autres termes, il convient que la machine-outil se trouve dans un
état thermiquement stable. L’influence du changement thermique environnemental, la rotation de
la broche, les axes de rotation, et le mouvement linéaire de composants, peuvent être contrôlés par
les essais décrits dans l’ISO 230-3:2020. 7.3, qui décrit des essais d’usinage pour vérifier l’influence
thermique sur l’exactitude géométrique de la pièce d’essai finie.
Bien que les erreurs géométriques quasi-statiques d’une machine-outil soient des causes majeures, il
est toujours possible que d’autres facteurs, par exemple, l’erreur de contournage dynamique, puissent
avoir une influence significative sur la géométrie de la pièce d’essai finie.
4.4 Essais à réaliser
Lors de l’essai d’une machine, il n’est en aucun cas nécessaire ni possible d’effectuer la totalité des essais
décrits dans le présent document. Lorsque les essais sont requis à des fins de réception, il appartient
à l'utilisateur de choisir, en accord avec le fabricant/fournisseur, les seuls essais correspondant aux
composants et/ou aux propriétés de la machine qui l'intéressent. Ces essais doivent clairement être
précisés lors de la passation de la commande. Une simple référence au présent document pour les essais
de réception sans spécification des essais à effectuer et sans accord sur les dépenses correspondantes
ne peut être considérée comme un engagement pour aucun des contractants.
En principe, il convient de n’usiner qu’une seule pièce de chaque type aux fins de réception. En cas
d’exigences spéciales, telles qu’évaluation statistique des performances de la machine-outil (voir 7.2),
l’usinage de plusieurs pièces est requis.
4.5 Instruments de mesure
Les instruments de mesure indiqués dans les essais décrits dans les paragraphes suivants ne sont
que des exemples. D’autres instruments, permettant de mesurer les mêmes grandeurs et ayant une
incertitude de mesure égale ou inférieure, peuvent être utilisés. Il doit être fait référence à
l’ISO 230-1:2012, Article 5, qui indique la relation entre les incertitudes de mesure et les tolérances.
Lorsqu’un «capteur de déplacement linéaire» est mentionné, ceci peut faire référence non seulement
à des comparateurs à cadran, mais aussi à tout type de capteur de déplacement linéaire tel que des
comparateurs à cadran analogiques ou numériques, des transformateurs différentiels à variation
linéaire, des capteurs de déplacement à échelle linéaire ou des capteurs sans contact, s’ils s’appliquent à
l’essai concerné (voir l’ISO 230-1:2012, Article 4).
De la même manière, lorsqu’une «pièce de référence de perpendicularité» est mentionnée, il peut s’agir,
par exemple, d’une équerre en granit, en céramique, en acier ou en fonte, d’un cylindre-équerre, d’un
cube de référence ou, là encore, d’une pièce de référence spéciale.
4.6 Emplacement des pièces d’essai
Les pièces d’essai doivent être usinées à l’emplacement général où les pièces de production sont usinées.
Si aucun emplacement général n’est spécifié pour la machine-outil soumise à l’essai, il convient de placer
la pièce d’essai approximativement à mi-course de l’axe X, et dans des positions le long des axes Y et
Z, appropriés à l’emplacement de la pièce d’essai et/ou du dispositif de fixation, et pour les longueurs
d’outils, sauf indication contraire de la procédure d’essai.
4.7 Fixation des pièces d’essai
Les pièces d’essai doivent être montées convenablement sur un dispositif de fixation approprié, de
manière à obtenir une stabilité maximale des outils de coupe et du dispositif de fixation. Les surfaces
de montage du dispositif de fixation et de la pièce d’essai doivent être plates. Il convient d’utiliser un
moyen de fixation approprié pour permettre le passage de l’outil et l’usinage sur la longueur totale
d’un alésage central, par exemple. Il convient en outre de monter la pièce d’essai sur le dispositif de
fixation avec des vis à tête fraisée, de sorte qu'un usinage ultérieur n’interfère pas avec les vis. D’autres
méthodes sont possibles et peuvent être sélectionnées. La hauteur totale de la pièce d’essai dépend de
la méthode de fixation sélectionnée. Les dispositifs de fixation utilisés pour l’usinage sont également
employés, de préférence, pour les mesures.
4.8 Matériau des pièces d’essai, outillage et paramètres de coupe
Le matériau des pièces d’essai, l’outillage et les paramètres de coupe ultérieurs sont soumis à un accord
entre le fabricant/le fournisseur et l’utilisateur, et doivent être consignés. Le matériau des pièces d’essai
doit être spécifié par des désignations de matériau appropriées.
Les Normes Internationales spécifiques aux machines indiquent la taille des pièces d’essai. Sinon, cette
taille doit faire l’objet d’un accord entre le fabricant/le fournisseur et l’utilisateur.
4.9 Usinage de piéce brute
Le présent document ne spécifie pas les opérations d'ébauche. Il convient de réaliser des opérations de
coupes préliminaires pour obtenir une profondeur de coupe aussi constante que possible.
4.10 Schémas
Les schémas du présent document n’illustrent qu’un exemple de montage d'essai. Le système de
coordonnées, et le nom des axes, illustrés dans les schémas, ne sont également que des exemples.
4.11 Informations à relever
Pour les essais réalisés conformément aux exigences du présent document, les informations suivantes
doivent être compilées de la manière la plus complète possible, et incluses dans le rapport d’essai. Les
informations supplémentaires à consigner dans le rapport sont décrites dans chaque essai.
a) matériau et désignation de la pièce d’essai;
b) matériau, dimensions et nombre de dents de l'outil;
c) vitesse(s) de coupe;
d) vitesse(s) d’avance;
e) profondeur(s) de coupe;
f) autres paramètres de coupe, par exemple, fluide de coupe;
g) position et orientation de la pièce d’essai dans l'espace de travail;
h) sens de la coupe (le cas échéant);
i) instrument et méthode de mesure;
j) incertitude de mesure avec facteur d’élargissement k = 2.
4.12 Compensation par logiciel
Si des logiciels sont disponibles pour compenser les erreurs géométriques, thermiques ou dynamiques
sur la base d’un accord entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur, l’essai correspondant peut être
mené avec ces compensations. Certaines compensations d’erreurs thermiques numériques sont basées
sur des mesures de température de la structure de la machine, et d’autres sont basées sur des conditions
de fonctionnement, par exemple, la vitesse de rotation de la broche. Une telle compensation thermique
peut être utilisée, sur la base d’un accord entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur. Lorsqu’une
compensation par logiciel est utilisée, cela doit être indiqué dans le rapport d’essai.
5 Essais d’usinage pour évaluer l’exactitude géométrique d’une surface simple
5.1 Généralités
L’Article 5 spécifie un ensemble d’essais d’usinage, dont l’objectif est de finir une surface simple et
d’évaluer son exactitude géométrique. Le principal objectif des essais est d’observer l’influence des
erreurs de mouvements quasi-statiques, ainsi que des erreurs de position et d’orientation de lignes
moyennes d’axes, d’axes linéaires, d’axes de rotation, ou d’une broche.
Le présent article ne spécifie aucun essai de perçage. L’exactitude de position d’un trou percé est
souvent influencée par plusieurs facteurs autres que les erreurs géométriques de la machine.
5.2 Usinage d’une surface cylindrique
5.2.1 Usinage d’un disque rotatif
5.2.1.1 Objet
Une surface cylindrique d’une pièce d’essai en rotation est usinée. Il s’agit généralement d’une opération
de tournage avec un outil non rotatif. Il peut s’agir de la rectification cylindrique avec une meule
rotative. La circularité de la surface cylindrique usinée est évaluée (voir Tableau 1).
Tableau 1 — Usinage d'un disque rotatif
Causes principales
Entrées Sorties d’erreurs d’usinage sur la
Figure 1
Nombre de mou- Nombre de mou- Type Caractéristiques Erreur de mouvement radial
vements linéaires vements rotatifs d’interpola- géométriques à de l’axe (C’), E
X(C’)
simultanés pendant simultanés pendant tion mesurer
Erreur de mouvement d’incli-
l’usinage l’usinage
naison de l’axe (C’), E
B(C’)
1 (Z) 1 (C’) — Circularité
Erreur de mouvement radial
ou 2, si un outil rotatif
et d’inclinaison de l’axe de
est utilisé.
broche porte-outil, si un outil
rotatif est utilisé.
Les erreurs géométriques observées dans cet essai peuvent également être observées dans l’essai de
5.2.2. Lorsque la machine-outil soumise à l’essai est utilisée pour l’usinage non seulement de pièces
annulaires fines mais également de pièces cylindriques, il convient de mener l’essai décrit en 5.2.2.
5.2.1.2 Mode opératoire d'essai
Une surface cylindrique d’une pièce d’essai en rotation est usinée en faisant avancer un outil non rotatif
(ou une meule rotative) dans le sens axial de la broche (Z) (voir Figure 1).
Légende
1 outil de coupe l largeur de la surface cylindrique
2 pièce d'essai D diamètre de la surface cylindrique
3 mandrin de la machine
Figure 1 — Usinage d’un disque rotatif
Il convient de choisir la largeur de la surface cylindrique l, pour l’adapter à l’instrument de mesure. La
circularité doit être mesurée au centre de la largeur de la surface cylindrique.
5.2.1.3 Caractéristiques géométriques à mesurer
La circularité de la surface cylindrique finie.
5.2.1.4 Instrument de mesure
Machine de mesurage de la circularité.
5.2.1.5 Causes possibles d’une erreur d’usinage
L’erreur de mouvement radial d’une broche porte-pièce (C’) est la cause principale de la circularité de
la surface finie. L’erreur de mouvement d’inclinaison de la broche peut en être également la cause, et
son influence est généralement proportionnelle à la distance entre la face du mandrin et la position
d’usinage.
La cause de l’erreur de rectitude de mouvement de l’axe linéaire (Z) est négligeable.
Sur les machines-outils à broche d’outil rotatif, les erreurs de mouvements radial et d’inclinaison de la
broche d’outil influencent le résultat de l’essai.
5.2.1.6 Machines à soumettre à l'essai
— Machines-outils de finition d’une pièce d’essai en rotation par des opérations de tournage, par
exemple, machines de tournage et centres de tournage, et centre d’usinage à table rotative avec
possibilité de tournage;
— machines à rectifier cylindriques.
5.2.1.7 Informations à relever
— Le diamètre nominal de la surface cylindrique finie, D;
— la largeur de la surface cylindrique, l;
— la distance entre la face des mâchoires du mandrin et la position d’usinage;
— la vitesse de la broche et la vitesse d’avance.
NOTE Des détails sur les paramètres d’usinage sont donnés dans les ISO 13041-6, ISO 1708 et ISO 2433.
5.2.2 Usinage du cylindre rotatif avec une avance dans le sens axial
5.2.2.1 Objet
Une surface cylindrique d’une pièce d’essai en rotation est usinée en faisant avancer un outil non rotatif
dans une opération de tournage, ou une meule rotative dans une opération de rectification cylindrique,
dans le sens axial de la broche (Z). Contrairement à l’essai de 5.2.1, une géométrie tridimensionnelle de
la pièce d’essai finie est évaluée (voir Tableau 2).
Tableau 2 — Usinage d’une surface cylindrique avec une avance dans le sens axial
Causes d’erreur
principales d’usi-
Entrées Sorties
nage sur la
Figure 2
Nombre de mou- Nombre de mou- Type d’interpo- Caractéristiques géomé- Erreur de mouve-
vements linéaires vements rotatifs lation triques à mesurer ments d’inclinaison
simultanés pendant simultanés pendant de l’axe (C’), E
B(C’).
l’usinage l’usinage
Erreur de mouve-
1 (Z) 1 (C’) — Cylindricité
ment radial de l’axe
C’, E
X(C’).
ou 2, si un outil rota- La cylindricité peut être
tif est utilisé. estimée par la circularité
Erreur de parallé-
et la cohérence des dia-
lisme des axes (C’) à
mètres.
Z, E .
B(0Z)(C’)
Circularité à différentes
Erreur de rectitude
positions de l’axe Z
de mouvement de
l’axe Z, E
XZ.
Pour un outil rotatif:
Erreur de mouve-
ment radial et d’incli-
naison de la broche
d’outil
Axe de rotation de
la broche d’outil non
parallèle à l’axe Z
Meule conique
5.2.2.2 Mode opératoire d'essai
Une surface cylindrique d’une pièce d’essai en rotation est tournée en faisant avancer un outil non rotatif
dans le sens axial de la broche (Z) [voir Figure 2 a)]. La longueur du cylindre fini, L, est généralement le
diamètre de la pièce d’essai finie multipliée par 0,8 à 2,5, en fonction du serrage de la pièce d’essai ou de
l’orientation de l’axe de la broche (verticale ou horizontale). La Figure 2 b) montre le montage sur une
machine à rectifier cylindrique.
a) Tournage par un outil de coupe non rotatif
b) Meulage par une meule
Légende
1 outil de coupe D diamètre du cylindre fini
2 meule L longueur du cylindre fini
3 pièce d'essai
4 mandrin de la machine
Figure 2 — Usinage d’une surface cylindrique avec une avance dans le sens axial
5.2.2.3 Caractéristiques géométriques à mesurer
— La circularité de la surface cylindrique finie à deux positions axiales (Z) différentes;
— la cylindricité de la pièce d’essai finie (voir l'ISO 12180-1). La cylindricité peut être estimée par la
circularité et la cohérence des diamètres usinés à des positions Z différentes.
5.2.2.4 Instruments de mesure
— Machine de mesure de la circularité;
— machine à mesurer tridimensionnelle (MMT);
— micromètre intérieur/extérieur pour mesurer la cohérence des diamètres.
5.2.2.5 Causes possibles d’une erreur d’usinage
Voir en 5.2.1.5 les causes de la circularité à chaque position axiale (Z).
La différence de circularité à deux positions axiales (Z) montre l’influence de l’erreur de mouvement
d’inclinaison de la broche (C’). Son influence est proportionnelle à la distance entre deux positions
mesurées.
L’erreur de parallélisme de l’axe linéaire (Z) et de l’axe de la broche (C’) rend la pièce d’essai finie
conique. Elle entraîne l’incohérence du diamètre à des positions axiales (Z) différentes, qui augmente
l’erreur de cylindricité de la pièce d’essai finie. Une autre cause de l’erreur de cylindricité de la pièce
d’essai finie est l’erreur de rectitude de mouvement de l’axe Z dans le sens radial (X).
Lorsqu'un outil rotatif est utilisé, des erreurs de mouvements radial et d’inclinaison de la broche d’outil,
une meule conique et une broche d’outil rotatif non parallèles à l’axe Z de la machine-outil, peuvent en
être la cause.
5.2.2.6 Essais analogues
Une surface cylindrique interne d’une pièce d’essai en rotation est tournée en faisant avancer un outil
d’alésage non rotatif dans le sens axial de la broche (Z) (voir Figure 3). Les causes de l’erreur d’usinage
sont analogues à celles de l’essai ci-dessus. Dans une opération d’alésage, les erreurs de mouvements
angulaires de l’axe linéaire, par exemple, E , peuvent fortement influencer la cylindricité de la pièce
BZ
d’essai finie en raison du décalage plus grand dans Z.
Légende
1 outil D diamètre du cylindre intérieur fini
2 pièce d'essai D diamètre extérieur du cylindre
3 mandrin de la machine L longueur du cylindre intérieur fini
Figure 3 — Usinage d’une surface cylindrique interne avec une avance dans le sens axial
En alternative, trois disques peuvent être usinés (voir Figure 4). Les surfaces des trois disques sont
traitées comme appartenant à un seul cylindre. La circularité des surfaces des trois disques et la
cohérence de leur diamètre sont évaluées, respectivement, la cylindricité des trois disques est combinée.
Légende
1 pièce d'essai L longueur totale du cylindre
2 mandrin de la machine l largeur du disque simple
D diamètre du disque
Figure 4 — Usinage de trois disques avec une avance dans le sens axial
5.2.2.7 Machines à soumettre à l'essai
— Machines-outils pour finir une pièce d’essai en rotation par des opérations de tournage, par exemple,
machines de tournage et centres de tournage, et centre d’usinage à table rotative avec possibilité de
tournage;
— meuleuses cylindriques internes et externes.
5.2.2.8 Informations à relever
— Le diamètre nominal de la surface finie;
— la largeur de la surface cylindrique, (L sur le Figure 2, L sur le Figure 3 et L sur le Figure 4);
2 3 4
— la largeur des disques, l (sur la Figure 4 uniquement);
— le diamètre nominal de la surface non finie, D (sur la Figure 3 uniquement
...
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