ISO 230-7:2006

Test code for machine tools - Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation

ISO 230-7:2006 is aimed at standardizing methods of specification and test of the geometric accuracy of axes of rotation used in machine tools. Spindles, rotary heads and rotary and swivelling tables of machine tools constitute axes of rotation, all having unintended motions in space as a result of multiple sources of errors. ISO 230-7:2006 covers the following properties of spindles: axis of rotation error motion; speed induced axis shifts. The other important properties of spindles, such as thermally induced axis shifts and environmental temperature variation induced axis shifts, are dealt with in ISO 230-3.

Code d'essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation

L'ISO 230-7:2006 a pour but de normaliser les méthodes de spécification et d'essai de l'exactitude géométrique des axes de rotation utilisés sur les machines-outils. Les broches, têtes rotatives et tables rotatives et pivotantes des machines-outils constituent les axes de rotation, qui ont tous des mouvements non attendus dans l'espace, résultant de sources d'erreurs multiples. L'ISO 230-7:2006 couvre les propriétés suivantes des broches: mouvements d'erreur des axes de rotation; déplacements d'arbres induits par la vitesse. Les autres propriétés importantes des broches, telles que les déplacements d'arbre induits thermiquement et les déplacements d'arbre induits par des variations de température ambiante sont décrites dans l'ISO 230-3.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 06-Nov-2006
• Withdrawal Date: 06-Nov-2006
• ICS: 25.080.01 - Machine tools in general
• Technical Committee: ISO/TC 39/SC 2 - Test conditions for metal cutting machine tools
• Drafting Committee: ISO/TC 39/SC 2 - Test conditions for metal cutting machine tools
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Start Date: 11-May-2015
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Consolidated By: ISO/TS 14907-2:2011 - Electronic fee collection - Test procedures for user and fixed equipment - Part 2: Conformance test for the onboard unit application interface
• Effective Date: 06-Jun-2022
• Revised: ISO 230-7:2015 - Test code for machine tools - Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
• Effective Date: 08-May-2010

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 230-7
First edition
2006-11-15
Test code for machine tools —
Part 7:
Geometric accuracy of axes of rotation
Code d'essai des machines-outils —
Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation

Reference number
©
ISO 2006
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword. iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions. 2
3.1 General concepts. 2
3.2 Error motion . 7
3.3 Error motion polar plot. 9
3.4 Error motion centre . 11
3.5 Error motion value. 12
3.6 Structural error motion. 14
3.7 Axis shift caused by speed change. 15
4 Preliminary remarks . 15
4.1 Measuring units . 15
4.2 Reference to ISO 230-1. 15
4.3 Recommended instrumentation and test equipment. 16
4.4 Environment . 16
4.5 Axis of rotation to be tested . 16
4.6 Axis of rotation warm-up . 16
5 Error motion test methods. 16
5.1 General. 16
5.2 Test parameters and specifications. 17
5.3 Structural motion, spindle off. 17
5.4 Spindle tests — Rotating sensitive direction . 18
5.5 Spindle tests — Fixed sensitive direction. 24
Annex A (informative) Discussion of general concepts. 28
Annex B (informative) Elimination of master ball roundness error . 48
Annex C (informative) Terms and definitions for compliance properties of axis of rotation. 52
Annex D (informative) Terms and definitions for thermal drift associated with rotation of spindle . 53
Annex E (informative) Static error motion tests. 54
Annex F (informative) Measurement uncertainty estimation for axis of rotation tests . 55
Annex G (informative) Alphabetical cross-reference of terms and definitions . 60
Bibliography . 62

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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 230-7 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
ISO 230 consists of the following parts, under the general title Test code for machine tools:
⎯ Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load or quasi-static conditions
⎯ Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes
⎯ Part 3: Determination of thermal effects
⎯ Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
⎯ Part 5: Determination of the noise emission
⎯ Part 6: Determination of positioning accuracy on body and face diagonals (Diagonal displacement tests)
⎯ Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
⎯ Part 9: Estimation of measurement uncertainty for machine tool tests according to series 230, basic
equations [Technical Report]
The following part is under preparation:
⎯ Part 8: Determination of vibration levels [Technical Report]

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 230-7:2006(E)

Test code for machine tools —
Part 7:
Geometric accuracy of axes of rotation
1 Scope
This part of ISO 230 is aimed at standardizing methods of specification and test of the geometric accuracy of
axes of rotation used in machine tools. Spindles, rotary heads and rotary and swivelling tables of machine
tools constitute axes of rotation, all having unintended motions in space as a result of multiple sources of
errors.
This part of ISO 230 covers the following properties of spindles:
⎯ axis of rotation error motion;
⎯ speed-induced axis shifts.
The other important properties of spindles, such as thermally induced axis shifts and environmental
temperature variation-induced axis shifts, are dealt with in ISO 230-3.
This part of ISO 230 does not cover the following properties of spindles:
⎯ angular positioning accuracy (see ISO 230-1 and ISO 230-2);
⎯ runout of surfaces and components (see ISO 230-1);
⎯ tool holder interface specifications;
⎯ inertial vibration measurements (see ISO 230-8);
⎯ noise measurements (see ISO 230-5);
⎯ rotational speed range and accuracy (see ISO 10791-6 and ISO 13041-6);
⎯ balancing measurements or methods (see ISO 1940-1 and ISO 6103);
⎯ idle run loss (power loss);
⎯ thermal drift (see ISO 230-3).
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 230-1:1996, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or finishing conditions
ISO 230-2:2006, Test code for machine tools — Part 2: Determination of accuracy and repeatability of
positioning numerically controlled axes
1)
ISO 230-3:— , Test code for machine tools — Part 3: Determination of thermal effects
ISO 841:2001, Industrial automation systems and integration — Numerical control of machines — Coordinate
system and motion nomenclature
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
NOTE They are presented in this sequence to help the user develop an understanding of the terminology of axes of
rotation. The alphabetical cross-references for these definitions are given in Annex G.
3.1 General concepts
3.1.1
spindle unit
device which provides an axis of rotation
NOTE Other devices such as rotary tables, trunnions and live centres are included within this definition.
3.1.2
spindle
rotor
rotating element of a spindle unit
3.1.3
spindle housing
stator
stationary element of a spindle unit
3.1.4
bearing
element of a spindle unit that supports the spindle (rotor) and enables rotation between the spindle and the
spindle housing
3.1.5
axis of rotation
line segment about which rotation occurs
See Figure 1 a).
NOTE In general, during rotation this line segment translates (in radial and axial directions) and tilts within the
reference coordinate frame due to inaccuracies in the bearings and bearing seats, structural motion or axis shifts, as
shown in Figure 1 a) and b).
1) To be published. (Revision of ISO 230-3:2001)
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3.1.6
reference coordinate axes
mutually perpendicular X, Y, and Z-axes, fixed with respect to a specified object
See Figure 1 a).
NOTE The specified object can be fixed or rotating.
3.1.7
positive direction
in accordance with ISO 841, the direction of a movement that causes an increasing positive dimension of the
workpiece
3.1.8
perfect spindle
spindle having no error motion of its axis of rotation relative to its axis average line
3.1.9
perfect workpiece
rigid body having a perfect surface of revolution about a centreline
3.1.10
axis average line
straight line segment located with respect to the reference coordinate axes representing the mean location of
the axis of rotation
See Figure 1 a).
NOTE 1 The axis average line is a useful term to describe changes in location of an axis of rotation in response to load,
temperature or speed changes.
NOTE 2 Unless otherwise specified, the axis average line should be determined by calculating the least-squares centre
of two data sets of radial error motion taken at axially separated locations (see 3.4).
NOTE 3 ISO 841 defines the Z axis of a machine as being “parallel to the principal spindle of the machine”. This
implies that the machine Z axis is parallel to the axis average line of the principal spindle. However, since axis average
line definition applies to other spindles and rotary axes as well, in general not all axes of rotation are parallel to the
machine Z axis. An axis average line should be parallel to the machine Z axis only if it is associated with the principal
spindle of the machine.
3.1.11
axis shift
quasi-static relative displacement, between the tool and the workpiece, of the axis average line due to a
change in conditions
See Figure 1 c).
NOTE Causes of axis shift include thermal drift, load changes, and speed changes.
3.1.12
displacement sensor
device that measures displacement between two specified objects
EXAMPLE Capacitance gage, linear variable differential transformer (LVDTs), eddy current probe, laser
interferometer, dial indicator.
3.1.13
structural loop
assembly of components which maintains the relative position between two specified objects
NOTE A typical pair of specified objects is a cutting tool and a workpiece: the structural loop would include the
spindle, bearings and spindle housing, the machine head stock, the machine slideways and frame, and the tool and work
holding fixtures.
Key
1 spindle (rotor) 4 axis of rotation (at angle C)
2 error motion of axis of rotation (prior to angle C) 5 spindle housing (stator)
3 axis average line
a)  Reference coordinate axes, axis of rotation, axis average line, and error motion of a spindle

Key Key
EXC radial motion in X direction XOC X position of C
EYC radial motion in Y direction YOC Y position of C
EZC axial motion AOC squareness of C to Y
EAC tilt motion around X BOC squareness of C to X
EBC tilt motion around Y axis
ECC angular positioning error
a
Reference axis.
b)  Error motions of axis of rotation c)  Location errors (axis shift) of axis average line
Figure 1 — Reference coordinate axes, axis of rotation, axis average line and error motion
of a spindle shown for a C spindle or a C rotary axis
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3.1.14
sensitive direction
direction perpendicular to the perfect workpiece surface through the instantaneous point of machining or
measurement
See Figure 2.
NOTE For a fixed sensitive direction, the results of the measurement of the relative displacement between the tool
and the workpiece correspond to the shape error of the manufactured surface of a workpiece.

a)  General case of error motion

b)  Axial error motion c)  Face error motion

d)  Radial error motion e)  Tilt error motion
Key
1 spindle 6 sensitive direction
2 perfect workpiece 7 axial location
3 axis average line 8 radial location
4 displacement sensor 9 direction angle
5 error motion
Figure 2 — General case of error motion and axial, face, radial and tilt error motions
for fixed sensitive direction
3.1.15
non-sensitive direction
any direction perpendicular to the sensitive direction
3.1.16
fixed sensitive direction
sensitive direction where the workpiece is rotated by the spindle and the point of machining or measurement
is fixed
3.1.17
rotating sensitive direction
sensitive direction where the workpiece is fixed and the point of machining or measurement rotates with the
spindle
NOTE A lathe has a fixed sensitive direction, a jig borer has a rotating sensitive direction.
3.1.18
runout
total displacement measured by a displacement sensor sensing against a moving surface or moved with
respect to a fixed surface
NOTE 1 For runout of a component at a given section, see ISO 230-1:1996, 5.611.4.
NOTE 2 The terms “TIR” (total indicator reading) and “FIM” (full indicator movement) are equivalent to runout.
3.1.19
stationary point runout
total displacement measured by a displacement sensor sensing against a point on a rotating surface which
has negligible lateral motion with respect to the sensor when both the sensor and the surface rotate together
See Figure 3.
Figure 3 — Schematics of sample applications for use of stationary point runout
(radial test for concentricity and face test for parallelism)
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3.1.20
squareness
perpendicularity
angular relationship between two planes, two straight lines, or a straight line and a plane in which the angular
deviation from 90 degrees does not exceed a given value
NOTE A plane surface is “square” to an axis of rotation if coincident polar profile centres are obtained for an axial and
a face motion polar plot or for two face motion polar plots at different radii. Perpendicularity of motion refers, for machine
tools, to the successive positions on the trajectory of a functional point on a moving part of the machine in relation to a
plane (support or slideway), a straight line (axis or intersection of two planes) or the trajectory of a functional point on
another moving part. See ISO 230-1:1996, 5.5.
3.1.21
play
condition of zero stiffness over a limited range of displacement due to clearance between elements of a
structural loop
3.1.22
hysteresis
linear (or angular) displacement between two objects resulting from the sequential application and removal of
equal forces (or moments) in opposite directions.
NOTE Hysteresis is caused by mechanisms, such as drive train clearance, guideway clearance, mechanical
deformations, friction and loose joints.
3.1.22.1
setup hysteresis
hysteresis of various components in a test setup, normally due to loose mechanical connections
3.1.22.2
machine hysteresis
hysteresis of the machine structure when subjected to specific loads
3.2 Error motion
〈axis of rotation〉 unintended relative displacement in the sensitive direction between the tool and the
workpiece
NOTE Error motions are specified as location and direction as shown in Figure 2 a) and do not include motions due
to axis shifts associated with changes in temperature, load or rotational speed.
3.2.1
axis of rotation error motion
changes in position and orientation of axis of rotation relative to its axis average line as a function of angle of
rotation of the spindle
NOTE This error motion may be measured as motions of the surface of a perfect cylindrical or spherical test artefact
with its centreline coincident with the axis of rotation.
3.2.2
structural error motion
error motion due to internal or external excitation and affected by elasticity, mass and damping of the
structural loop
See 3.6
3.2.3
bearing error motion
error motion due to imperfect bearing
NOTE See Annex A.
3.2.4
total error motion
complete error motion as recorded, composed of the synchronous and asynchronous components of the
spindle and structural error motions
3.2.5
static error motion
special case of error motion in which error motion is sampled with the spindle at rest at a series of discrete
rotational positions
NOTE This is used to measure error motion exclusive of any dynamic influences.
3.2.6
synchronous error motion
portion of the total error motion that occurs at integer multiples of the rotation frequency
NOTE It is the mean contour of the total error motion polar plot averaged over the number of revolutions.
3.2.7
fundamental error motion
portion of the total error motion that occurs at the rotational frequency of the spindle
3.2.8
residual synchronous error motion
portion of the synchronous error motion that occurs at integer multiples of the rotation frequency other than
the fundamental
3.2.9
asynchronous error motion
portion of the total error motion that occurs at frequencies other than integer multiples of the rotation
frequency
NOTE 1 Asynchronous error motion is the deviations of the total error motion from the synchronous error motion.
NOTE 2 Asynchronous error motion comprises those components of error motion that are
a) not periodic,
b) periodic but occur at frequencies other than the spindle rotational frequency and its integer multiples, and
c) periodic at frequencies that are subharmonics of the spindle rotational frequency.
3.2.10
radial error motion
error motion in a direction perpendicular to the axis average line and at a specified axial location
See Figure 2 d).
NOTE 1 This error motion may be measured as the motions, in the radial direction, of the surface of a perfect
cylindrical or spherical test artefact with its centreline coincident with the axis of rotation.
NOTE 2 The term “radial runout” has an accepted meaning, which includes errors due to centring and workpiece
out-of-roundness, and hence is not equivalent to radial error motion.
3.2.11
pure radial error motion
error motion in which the axis of rotation remains parallel to the axis average line and moves perpendicular to
it in the sensitive direction
NOTE Pure radial error motion is just the concept of radial error motion in the absence of tilt error motion. There
should be no attempt to measure it.
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3.2.12
tilt error motion
error motion in an angular direction relative to the axis average line
See Figure 2 e).
NOTE 1 This motion may be evaluated by simultaneous measurements of the radial error motion in two radial planes
separated by a distance along the axis average line.
NOTE 2 “Coning,” “wobble,” “swash”, “tumbling” and “towering” errors are non-preferred terms for tilt error motion.
NOTE 3 The term “tilt error motion” rather than “angular motion” was chosen to avoid confusion with rotation about the
axis or with angular positioning error of devices such as rotary tables.
3.2.13
axial error motion
error motion coaxial with the axis average line
See Figure 2 b).
NOTE 1 This error motion may be measured as the motions, in the axial direction along the axis average line, of the
surface of a perfect flat disk or spherical test artefact with its centreline coincident with the axis of rotation.
NOTE 2 “Axial slip”, “end-camming”, “pistoning” and “drunkenness” are non-preferred terms for axial error motion.
3.2.14
face error motion
error motion parallel to the axis average line at a specified radial location
See Figure 2 c).
NOTE Face error motion is a combination of axial and tilt error motions. The term “face runout” has an accepted
meaning analogous to “radial runout” and hence is not equivalent to face error motion.
3.2.15
error motion measurement
measurement record of error motion, which includes all pertinent information regarding the machine,
instrumentation and test conditions
3.3 Error motion polar plot
representation of error motions of axes of rotation generated by plotting displacement versus the angle of
rotation of the spindle
See Figure 4.
3.3.1
total error motion polar plot
polar plot of the complete error motion as recorded
3.3.2
synchronous error motion polar plot
polar plot of the error motion components having frequencies that are integer multiples of the rotation
frequency
NOTE It is acceptable to create the synchronous error polar plot by averaging the total error motion polar plot.
a)  Total error motion
b)  Synchronous error motion c)  Asynchronous error motion

d)  Inner error motion e)  Outer error motion
Figure 4 — Error motion polar plots
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3.3.3
asynchronous error motion polar plot
polar plot of that portion of the total error motion that occurs at frequencies that are not integer multiples of the
rotational frequency
3.3.4
fundamental error motion polar plot
best-fit circle passed through the synchronous axial or face error motion polar plot about a specified polar
profile centre
3.3.5
axial error motion polar plot
polar plot of the axial error motion, including the fundamental, synchronous residual and asynchronous axial
error motions
3.3.6
residual synchronous error motion polar plot
polar plot of the portion of the synchronous error motion that occurs at frequencies other than the fundamental
NOTE The division of synchronous error motion into fundamental and residual components is only applicable to axial
and face error motions. In the radial and tilt directions, fundamental error motion does not exist — the measured value that
occurs at the fundamental frequency is not a characteristic of the axis of rotation.
3.3.7
inner error motion polar plot
contour of the inner boundary of the total error motion polar plot
3.3.8
outer error motion polar plot
contour of the outer boundary of the total error motion polar plot
3.4 Error motion centre
centre defined for the assessment of error motion polar plots
See Figure 5.
NOTE Table 1 provides the preferred centres for the assessment of error motion values. If the centre is not specified,
the preferred centre is to be assumed.

a
Error motion polar plot.
b
Error motion value for LSC centre.
Figure 5 — Error motion polar plot, PC (polar chart) centre and LSC (least-square circle) centre
and error motion value for LSC centre
Table 1 — Error motion type preferred centre
Motion type Preferred centre
Radial error motion LSC centre
Tilt error motion LSC centre
Axial error motion PC centre
Face error motion PC centre
3.4.1
polar chart centre
PC centre
centre of the polar chart
3.4.2
polar profile centre
centre derived from the polar profile by a mathematical or graphical technique
3.4.3
least-squares circle centre
LSC centre
centre of a circle that minimizes the sum of the squares of a sufficient number of equally spaced radial
deviations measured from it to the error motion polar plot
3.4.4
minimum radial separation centre
MRS centre
centre that minimizes the radial difference required containing the error motion polar plot between two
concentric circles
3.4.5
maximum inscribed circle centre
MIC centre
the centre of the largest circle that can be inscribed within the error motion polar plot
3.4.6
minimum circumscribed circle centre
MCC centre
centre of the smallest circle that will just contain the error motion polar plot
NOTE 1 Unless otherwise specified, the polar profile centre is determined using the synchronous error motion polar
plot.
NOTE 2 A workpiece is centred with zero centring error when the polar chart centre coincides with the chosen polar
profile centre.
3.5 Error motion value
magnitude assessment of an error motion component over a specified number of revolutions
NOTE In most cases, an error motion value is equal to the difference in radii of two concentric circles that will just
enclose the corresponding error motion polar plot, and the value obtained depends upon the location of the common
centre of these two circles. Definitions 3.5.1 to 3.5.7 are presented in terms of polar plots to aid in understanding the
phenomena and the computations. Mathematical analysis allows values to be calculated without constructing polar plots.
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3.5.1
total error motion value
scaled difference in radii of two concentric circles from a specified error motion centre just sufficient to contain
the total error motion polar plot
NOTE Four total error motion values are defined: total radial error motion, total tilt error motion, total axial error
motion and total face error motion.
3.5.2
synchronous error motion value
scaled difference in radii of two concentric circles from a specified error motion centre just sufficient to contain
the synchronous error motion polar plot
See Figure 6.
a
Asynchronous error motion value.
b
Synchronous error motion value.
c
Synchronous error motion plot.
Figure 6 — Error motion polar plot, asynchronous error motion and synchronous error motion values
3.5.3
asynchronous error motion value
maximum scaled width of the asynchronous error motion polar plot, measured along a radial line through a
specified polar profile centre
See Figure 6.
NOTE Asynchronous error motion value is found from the total error motion polar plot as the maximum radial width of
the “cloud band” at any angular position around the circumference. It is the only measurement that does not employ
concentric circles, since it involves the radial variation at a particular angle rather than the radial variation around the full
circumference. To be strictly correct, the asynchronous error motion value should be measured along a radial line from the
polar chart (PC) centre rather than from a best fit centre, even though this is contrary to what seems intuitively correct (see
Figure 6.)
3.5.4
fundamental axial error motion value
value equivalent to twice the scaled distance between the PC centre and a specified polar profile centre of the
synchronous error motion polar plot
NOTE 1 Alternatively, it is the amplitude of the rotational frequency component.
NOTE 2 There is no fundamental radial error motion value — in the radial direction, motion that occurs at the rotational
frequency is caused by an off-centre reference artefact and is not a property of the axis of rotation.
3.5.5
residual synchronous error motion value
scaled difference in radii of two concentric circles from a specified error motion centre just sufficient to contain
the residual synchronous error motion polar plot
3.5.6
inner error motion value
scaled difference in radii of two concentric circles from a specified error motion centre just sufficient to contain
the inner error motion polar plot.
3.5.7
outer error motion value
the scaled difference in radii of two concentric circles from a specified error motion centre just sufficient to
contain the outer error motion polar plot.
3.6 Structural error motion
error motion due to internal or external excitation and affected by elasticity, mass and damping of the
structural loop
NOTE Structural error motion can be reaction to the rotation of the spindle that can influence the measurements.
3.6.1
structural error motion with rotating spindle
motion of one element of a structural loop relative another element, measured while the spindle is rotating
NOTE In some machines the spindle drive system may transmit large deflections to the structure.
3.6.2
structural error motion with non-rotating spindle
motion of one or more elements of a structural loop relative to the axis of rotation, measured while the spindle
is not rotating
NOTE In many applications it is important to isolate sources of structural motion to external sources, i.e. coolant or
hydraulic pumps, or excitation caused by floor vibration.
14 © ISO 2006 – All rights reserved

3.6.3
structural error motion plot
time-based rectilinear displacement plot is the most common method of recording structural motion
NOTE However, a polar plot may be desired in order to resolve structural error motion, which is synchronous to
spindle rotation.
3.6.4
structural motion value
range (max. − min.) of displacement measured over a defined time and specified operating conditions
3.7 Axis shift caused by speed change
3.7.1
radial shift
axis shift in the direction perpendicular to the axis average line
3.7.2
tilt shift
axis shift in an angular direction relative to the axis average line
3.7.3
axial shift
axis shift in the direction parallel to the axis average line
3.7.4
face shift
combination of axial and tilt shifts in the axis of rotation measured at a specified radial location
3.7.5
speed-induced axis shift plot
rectilinear graph of the shift in the axis of rotation as rotational speed is varied
3.7.6
speed-induced axis shift value
difference between the maximum and minimum displacement measurements of a single displacement sensor
(or a combination of displacement sensors for tilt and face measurements) at various specified rotational
speeds
4 Preliminary remarks
4.1 Measuring units
In this part of ISO 230, all linear dimensions are expressed in millimetres, all linear deviations (error motions)
are expressed in micrometres. Furthermore, all angular dimensions are expressed in degrees and all angular
deviations (error motions) in microradians or arcseconds.
4.2 Reference to ISO 230-1
To apply this part of ISO 230, reference should be made to ISO 230-1, especially for the installation of the
machine before testing, warming up of moving parts and recommended accuracy of testing equipment.
4.3 Recommended instrumentation and test equipment
The measuring instruments recommended here are only examples. Other instruments capable of measuring
the same quantities and having the same or greater accuracy may be used.
a) Non-contact displacement (proximity) measuring system insensitive to metallographic variations of the
test artefact with adequate range, resolution, thermal stability, accuracy and bandwidth. The required
bandwidth depends upon the number of undulations per revolution it is desired to resolve, and the speed
range of the spindle. For most machine tools a bandwidth of 10 kHz is acceptable for rotational speeds of
up to 6 000 r/min. Proportionally higher bandwidths are required for higher spindle speeds.
b) Data acquisition equipment, such as a computer-based system to sample and store displacement data for
subsequent analysis.
c) Test-mandrel, with the design to be specified in machine-specific standards or agreed between
supplier/manufacturer and the user, see ISO 230-1:1996, A.3;
d) Fixture in which to mount the displacement sensors.
Long-term accuracy of the measuring equipment shall be verified, for example, by transducer drift tests.
The measuring instruments shall be thermally stabilized before starting the tests.
4.4 Environment
The machine and, if relevant, the measuring instrument, shall have been in the test environment long enough
(preferably overnight) to have reached a thermally stable condition before testing. They shall be protected
from draughts and external radiation such as sunlight, overhead heaters.
4.5 Axis of rotation to be tested
The axis of rotation shall be completely assembled and fully operational. Axis of rotation tests shall be carried
out in the unloaded condition.
NOTE This is not a type test for the spindle unit. Tests of the same spindle unit in different machines might generate
different results due to mounting, thermal effects and vibration conditions.
4.6 Axis of rotation warm-up
The tests shall be preceded by an appropriate warm-up procedure as specified by the manufacturer and/or
agreed between the supplier/manufacturer and the user.
If no other conditions are specified, the preliminary movements shall be restricted to only those necessary to
set up the measuring instrument for rotary heads, rotary and swivelling tables. A spindle should be tested after
it has been allowed to warm-up at half of its maximum rotational speed for a minimum of 10 min.
5 Error motion test methods
5.1 General
Error motions in the sensitive direction cause one-for-one form and finish errors to be cut into the work piece
and thus are most significant for machine tool performance characterization. Error motions perpendicular to
the sensitive direction are considered to be in the non-sensitive direction and are not evaluated. However,
there could be second order effects that are significant in some cases (such as turning very small parts.)
16 © ISO 2006 – All rights reserved

5.2 Test parameters and specifications
The following should be addressed for each measurement taken:
a) the radial, axial or face locations at which the measurements are made;
b) identification of all artefacts, targets and fixtures used;
c) the location of the measurement setup;
d) the position of any linear or rotary positioning stages that are connected to the device under test.
e) the direction angle of the sensitive direction, e.g. axial, radial, or intermediate angles as appropriate;
f) presentation of the measurement result, e.g. error motion value, polar plot, time-based plot, frequency
content plot;
g) the rotational speed of the spindle (zero for static error motion);
h) the time duration in seconds or number of spindle revolutions;
i) appropriate warm up or break-in procedure;
j) the frequency response of the instrumentation, given as hertz or cycles per revolution, including roll-off
characteristics of any electronic filters, and, in the case of digital instrumentation, the displacement
resolution and sampling rate;
k) the structural loop, including the position and orientation of sensors relative to the spindle housing from
which the error motion is reported, specified objects with respect to which the spindle axes and the
reference coordinate axis are located, and the elements connecting these objects;
l) time and date the measurement was taken;
m) the type and calibration status of all instrumentation used for testing;
n) other operating conditions which may influence the measurement such as ambient temperature.
5.3 Structural motion, spindle off
5.3.1 General
These tests are designed to point out relative motion between the spindle and the workpiece, which is caused
by the machine itself and the environment.
5.3.2 Test procedure
The test setup is the same as for the ETVE test as described in ISO 230-3:—, 5.2.
First, measure structural motion with the machine’s power and auxiliary systems on, but with the machine
drives off, that is, the emergency stop position.
Then measure the structural motion with the machine’s power and auxiliary systems on, such as hydraulics,
turned on, and with the machine drives on, that is, with the machine in the feed-hold mode.
5.3.3 Analysis of results
The structural motion value is the peak-to-valley displacement observed over a relatively short time period
(e.g. 1 s).
5.4 Spindle tests — Rotating sensitive direction
5.4.1 General
These tests are applicable to the machining operations with rotating sensitive direction, for example, boring,
milling, drilling and contour grinding.
5.4.2 Radial error motion
5.4.2.1 Test setup
Figure 7 schematically represents a test setup for the measurement. In this setup, a precision test ball or other
suitable artefact such as a cylinder, is mounted in the machine spindle. Displacement sensors are mounted to
the table of the machine in orthogonal orientations. The ball is centred on the axis of rotation to minimize
eccentricity. The angular position of the spindle is measured using an angle-measuring device such as a
rotary encoder mounted on the spindle.
Instead of using a rotary encoder, angular position of the spindle can also be determined by mounting the ball
slightly eccentric. This eccentricity generates one per revolution 90° phase shifted sinusoidal signals
superimposed on the displacement sensor outputs. Angular position can thus be calculated using such
sinusoidal signals necessary for a polar plot. The setup for this latter case is shown in Figure 8.
5.4.2.2 Test procedure
2)
Radial error motion measurements shall be carried out at three spindle speeds :
a) rotate spindle at 10 % of maximum speed or at minimum speed and record both displacement sensors
readings as a function of spindle angular position;
b) rotate spindle at 50 % of maximum speed and record both displacement sensors readings as a function
of spindle angular position;
c) rotate spindle at 100 % of maximum speed and record both displacement sensors readings as a function
of spindle angular position.
2) It is recommended that the machine user simply observe the output of the error-indicating system while changing the
spindle speed slowly throughout its total speed range. Speeds could be observed where excessive error motion results
due to structural error motion. Where such speeds exist, they should be avoided when machining.
18 © ISO 2006 – All rights reserved

Key
1 reference artefact (test ball)
2 table
3 spindle
4 angular position measuring device
5 displacement sensor
Figure 7 — Schematic of test setup for radial error motion with rotating sensitive direction using
angular position measuring device and centred reference artefact (ball) (Vanherck/Peters method)

Key
1 wobble plate
2 vertical sensor
3 horizontal sensor
4 master ball offset in direction of tool
Figure 8 — Test method for radial motion with rotating sensitive direction and ball mounted eccentric
to the spindle (Tlusty method)
5.4.2.3 Data analysis
The radial error motion is determined by recording the radial displacements of the spindle (rotor) as functions
of spindle angular position with respect to the stationary reference measured by two displacement sensors
located perpendicular to each other and by computing and displaying the error motion polar plot according to
the following formula:
r θ=+r∆∆Xθθ cos + Yθ sinθ
( ) ( ) ( )
where
θ is the angular position of the spindle;
r(θ ) is the radial error motion at angular position θ ;
∆X(θ ) is the output of the displacement sensor oriented with the X axis;
∆Y (θ ) is the output of the displacement sensor oriented with the Y axis;
r is the value of the radius set by the alignment of the displacement sensors and the test artefact.
3)
At each speed a polar plot of the spindle error motion shall be made for a sufficient number of revolutions . A
typical plot for a single spindle speed is shown in Figure 4 a). For the purposes of this part of ISO 230, only
two error-motion values will be computed from the error motion plot. The asynchronous error motion value
shall be the maximum scaled width of the total error motion polar plot (before averaging) measured along a
radial line through the polar chart centre, as sho
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 230-7
Première édition
2006-11-15
Code d'essai des machines-outils —
Partie 7:
Exactitude géométrique des axes
de rotation
Test code for machine tools —
Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation

Numéro de référence
©
ISO 2006
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Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions. 2
4 Remarques préliminaires. 15
4.1 Unités de mesure. 15
4.2 Référence à l'ISO 230-1 . 16
4.3 Instruments et équipements d'essai recommandés . 16
4.4 Environnement. 16
4.5 Axe de rotation à soumettre à l'essai . 16
4.6 Mise en température de l'axe de rotation . 16
5 Méthodes d'essai de mouvement d'erreur. 17
5.1 Généralités . 17
5.2 Paramètres et spécifications d'essai. 17
5.3 Mouvement de la structure, broche à l'arrêt . 17
5.4 Essais de la broche — Direction sensitive en rotation. 18
5.5 Essais de la broche — Direction sensitive fixe . 24
Annexe A (informative) Description des concepts généraux . 29
Annexe B (informative) Élimination de l'erreur d'arrondi de la bille d'essai . 50
Annexe C (informative) Définition des propriétés de souplesse d'un axe de rotation . 54
Annexe D (informative) Définitions de dérive thermique associée à la rotation d'une broche. 55
Annexe E (informative) Essais du mouvement d'erreur statique. 56
Annexe F (informative) Estimation de l'incertitude de mesure pour la mise à l'essai des axes de
rotation. 57
Annexe G (informative) Référence croisée alphabétique des termes et des définitions. 62
Bibliographie . 64

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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée 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.
L'ISO 230-7 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 39, Machines outils, sous-comité SC 2,
Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
L'ISO 230 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Code d'essai des machines-outils:
⎯ Partie 1: Précision géométrique des machines fonctionnant à vide ou dans des conditions de finition
⎯ Partie 2: Détermination de l'exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande
numérique
⎯ Partie 3: Évaluation des effets thermiques
⎯ Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à commande numérique
⎯ Partie 5: Détermination de l'émission sonore
⎯ Partie 6: Détermination de la précision de positionnement sur les diagonales principales et de face
(Essais de déplacement en diagonale)
⎯ Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
⎯ Partie 9: Estimation de l'incertitude de mesure pour les essais des machines-outils selon la série ISO 230,
équations de base [Rapport technique]
La partie suivante est en préparation:
⎯ Partie 8: Détermination des niveaux de vibrations [Rapport technique]

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NORME INTERNATIONALE ISO 230-7:2006(F)

Code d'essai des machines-outils —
Partie 7:
Exactitude géométrique des axes de rotation
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 230 a pour but de normaliser les méthodes de spécification et d'essai de
l'exactitude géométrique des axes de rotation utilisés sur les machines-outils. Les broches, têtes rotatives et
tables rotatives et pivotantes des machines-outils constituent les axes de rotation, qui ont tous des
mouvements non attendus dans l'espace, résultant de sources d'erreurs multiples.
La présente partie de l'ISO 230 couvre les propriétés suivantes des broches:
⎯ mouvements d'erreur des axes de rotation;
⎯ déplacements d'arbres induits par la vitesse.
Les autres propriétés importantes des broches, telles que les déplacements d'arbre induits thermiquement et
les déplacements d'arbre induits par des variations de température ambiante, sont décrites dans l'ISO 230-3.
La présente partie de l'ISO 230 ne couvre pas les propriétés suivantes des broches:
⎯ l'exactitude du positionnement angulaire (voir l'ISO 230-1 et l'ISO 230-2);
⎯ le faux-rond des surfaces et des composants (voir l'ISO 230-1);
⎯ les spécifications des porte-outils;
⎯ les mesures inertielles de vibrations (voir l'ISO 230-8);
⎯ les mesures de bruit (voir l'ISO 230-5);
⎯ l'étendue et l'exactitude des vitesses de rotation (voir l'ISO 10791-6 et l'ISO 13041-6);
⎯ les mesures ou les méthodes d'équilibrage (voir l'ISO 1940-1 et l'ISO 6103);
⎯ les pertes de marche à vide (perte de puissance);
⎯ la dérive thermique (voir l'ISO 230-3).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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 230-1:1996, Code d'essai des machines-outils — Partie 1: Précision géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions de finition
ISO 230-2:2006, Code d'essai des machines-outils — Partie 2: Détermination de l'exactitude et de la
répétabilité de positionnement des axes en commande numérique
1)
ISO 230-3:— , Code d'essai des machines-outils — Partie 3: Évaluation des effets thermiques
ISO 841:2001, Systèmes d'automatisation industrielle et intégration — Commande numérique des
machines — Système de coordonnées et nomenclature du mouvement
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
NOTE L'ordre de leur présentation est conçu pour aider l'utilisateur à mieux comprendre la terminologie des axes de
rotation. Les références alphabétiques croisées de ces termes sont données dans l'Annexe G.
3.1 Concepts généraux
3.1.1
porte-broche
dispositif présentant un axe de rotation
NOTE Cette définition s'applique à d'autres dispositifs tels que des tables rotatives, des tourillons, des pointes
tournantes, etc.
3.1.2
broche
rotor
élément en rotation d'un porte-broche
3.1.3
logement de broche
stator
élément fixe d'un porte-broche
3.1.4
palier
élément d'un porte-broche sur lequel s'appuie la broche, et qui permet la rotation entre la broche et le
logement de broche
3.1.5
axe de rotation
segment de ligne autour duquel une rotation s'effectue
Voir Figure 1 a).
NOTE Des inexactitudes des paliers et des sièges de paliers, du mouvement de la structure ou des déplacements
d'axe, provoquent généralement, durant la rotation, un déplacement (dans les directions radiales et axiales) et une
inclinaison de ce segment de ligne par rapport aux axes de coordonnées de référence comme illustré à la Figure 1 a) et b).

1) À publier. (Révision de l'ISO 230-3:2001)
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3.1.6
axes de coordonnées de référence
axes X, Y et Z mutuellement perpendiculaires, fixes par rapport à un objet spécifié
Voir Figure 1 a).
NOTE L'objet spécifié peut être fixe ou rotatif.
3.1.7
direction positive
conformément à l'ISO 841, direction d’un mouvement qui engendre une augmentation de la dimension
positive de la pièce
3.1.8
broche parfaite
broche dont l'axe de rotation ne présente aucun mouvement d'erreur par rapport aux axes de coordonnées de
référence
3.1.9
pièce parfaite
corps rigide présentant une surface de révolution parfaite autour d'un axe
3.1.10
ligne moyenne de l'axe
segment de ligne droite fixe par rapport aux axes de coordonnées de référence qui représente l'emplacement
moyen de l'axe de rotation
Voir Figure 1 a).
NOTE 1 La ligne moyenne de l'axe est un terme utile pour décrire les variations de l'emplacement de l'axe de rotation
en réponse à des variations de charge, de température ou de vitesse.
NOTE 2 Sauf spécification contraire, il convient de déterminer la ligne moyenne de l'axe en calculant le centre des
moindres carrés de deux ensembles de données du mouvement d'erreur radial relevés à des emplacements séparés
axialement (voir 3.4).
NOTE 3 L'ISO 841 définit l'axe Z de la machine comme «parallèle à la broche principale de la machine». Ceci implique
que l'axe Z de la machine est parallèle à la ligne moyenne de l'axe de la broche principale. Cependant, comme la
définition de la ligne moyenne de l'axe s'applique aussi à d'autres axes de broche ou axes en rotation, les axes de rotation
ne sont en général pas tous parallèles à l'axe Z de la machine. Il convient que la ligne moyenne de l'axe soit parallèle à
l'axe Z de la machine seulement si elle est associée à la broche principale de la machine.
3.1.11
déplacement d'axe
déplacement relatif, quasi statique entre l'outil et la pièce usinée, de la position de la ligne moyenne de l'axe
suite à un changement des conditions
Voir Figure 1 c).
NOTE Les causes d'un déplacement d'axe comprennent une dérive thermique, des variations de charge et des
variations de vitesse.
3.1.12
capteur de déplacement
dispositif qui mesure le déplacement entre deux objets spécifiés
EXEMPLE Capteur capacitif, transformateur-comparateur variable (LVDT), sonde à courant de Foucault,
interféromètre à laser et comparateur.
3.1.13
boucle structurelle
assemblage de composants qui maintient la position relative entre deux objets spécifiés
NOTE Une paire typique d'objets spécifiés est un outil de coupe et une pièce à usiner. La boucle structurelle
comprendrait, dans ce cas, la broche, les paliers et le logement de la broche, la poupée fixe de la machine, les glissières
et le châssis de la machine ainsi que les dispositifs de serrage de l'outil.
Légende
1 broche (rotor) 4 axe de rotation (à un angle C)
2 mouvement d'erreur de l'axe de rotation (avant l'angle C) 5 logement de broche (stator)
3 ligne moyenne de l'axe
a)  Axes de coordonnées de référence, axe de rotation, ligne moyenne de l'axe
et mouvement d'erreur d'une broche

Légende Légende
EXC mouvement radial dans la direction de l'axe X XOC X position de C
EYC mouvement radial dans la direction de l'axe Y YOC Y position de C
EZC mouvement axial AOC perpendicularité de C par rapport à l'axe Y
EAC mouvement d'inclinaison autour de l'axe X BOC perpendicularité de C par rapport à l'axe X
EBC mouvement d'inclinaison autour de l'axe Y
ECC Erreur de positionnement angulaire
b)  Mouvement d'erreur de l'axe de rotation c)  Erreurs d'emplacement (déplacement d'axe)
de la ligne moyenne de l'axe
a
Axe de référence.
Figure 1 — Axes de coordonnées de référence, axe de rotation, ligne moyenne de l'axe et mouvement
d'erreur d'une broche représentée pour un axe de broche C ou un axe en rotation de la table C
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3.1.14
direction sensitive
direction perpendiculaire à la surface parfaite de la pièce et passant par le point instantané d'usinage ou de
mesure
Voir Figure 2.
NOTE Pour une direction sensitive fixe, les résultats des mesures du déplacement relatif entre l'outil et la pièce
usinée correspondent à l'erreur de forme de la surface usinée d'une pièce.

a)  Cas général de mouvement d'erreur

b)  Mouvement d'erreur axial c)  Mouvement d'erreur frontal

d)  Mouvement d'erreur radial e)  Mouvement d'erreur d'inclinaison
Légende
1 broche 6 direction sensitive
2 pièce parfaite 7 emplacement axial
3 ligne moyenne de l'axe 8 emplacement radial
4 capteur de déplacement 9 angle de direction
5 mouvement d'erreur
Figure 2 — Cas général de mouvement d'erreur et mouvements d'erreur axial, frontal, radial
et d'inclinaison pour une direction sensitive fixe
3.1.15
direction non sensitive
toute direction perpendiculaire à la direction sensitive
3.1.16
direction sensitive fixe
direction sensitive dans laquelle la pièce est en rotation par la broche et où le point d'usinage ou de mesure
est fixe
3.1.17
direction sensitive en rotation
direction sensitive dans laquelle la pièce est fixe et le point d'usinage ou de mesure est en rotation avec la
broche
NOTE La direction sensitive d'un tour est fixe alors que celle d'une pointeuse est en rotation.
3.1.18
faux-rond
déplacement total mesuré par un capteur de déplacement analysant une surface en mouvement ou mue par
rapport à une surface fixe
NOTE 1 Pour le faux-rond d'un composant à une section donnée, voir l'ISO 230-1:1996, 5.611.4.
NOTE 2 Les termes «T.I.R.» [Total Indicator Reading (lecture totale)] et «F.I.M.» [Full Indicator Movement (mouvement
complet du comparateur)] sont équivalents à faux-rond.
3.1.19
faux-rond de point fixe
déplacement total mesuré par un capteur de déplacement analysant un point sur une surface en rotation, dont
le mouvement latéral par rapport au capteur est négligeable quand à la fois le capteur et la surface tournent
ensemble
Voir Figure 3.
Figure 3 — Schémas d'applications d'échantillons pour l'utilisation d'un faux-rond de point fixe
(essai radial pour la concentricité et essai frontal pour le parallélisme)
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3.1.20
perpendicularité
relation angulaire entre deux plans, deux droites, ou une droite et un plan, lorsque leur écart angulaire de 90°
ne dépasse pas une valeur spécifiée
NOTE Une surface plane est «perpendiculaire» à un axe de rotation si les centres de projections polaires coïncident
pour un diagramme polaire du mouvement axial et frontal ou pour deux diagrammes polaires du mouvement frontal de
différents rayons. Perpendicularité de mouvement: position de la trajectoire d'un point d'un organe mobile de la machine
par rapport à un plan (support ou glissière), à une droite (axe ou intersection de deux plans), à la trajectoire d'un point d'un
autre organe mobile (voir l'ISO 230-1:1996, 5.5).
3.1.21
jeu
condition de rigidité nulle sur une étendue de déplacement limitée due au jeu entre les éléments d'une boucle
structurelle
3.1.22
hystérésis
déplacement linéaire (ou angulaire) entre deux objets résultant de l’application séquentiel et retrait des forces
égales (ou moments) dans des directions opposées
NOTE L’hystérésis est due à des mécanismes tels que des jeux de trains d’entraînement, des jeux de glissières, une
déformation mécanique, le frottement et des joints avec jeu.
3.1.22.1
hystérésis de montage
hystérésis de différents composants dans un montage d'essai, due généralement à des assemblages
mécaniques avec jeu
3.1.22.2
hystérésis de machine
hystérésis de la structure de la machine lorsqu'elle est soumise à des charges spécifiques
3.2 Mouvements d'erreur
〈axe de rotation〉 déplacement relatif non intentionnel dans la direction sensitive entre l'outil et la pièce.
NOTE Les mouvements d'erreur sont spécifiés par rapport aux emplacements et directions tels qu'illustrés à la
Figure 2 a) et ne comprennent pas les mouvements dus aux déplacements d'arbre associés à des variations de
température, de charge et de vitesse de rotation.
3.2.1
mouvement d'erreur de l'axe de rotation
variations de position et d'orientation de l'axe de rotation par rapport à ses axes de coordonnées de référence
en fonction de l'angle de rotation de la broche
NOTE Ce mouvement d'erreur peut être mesuré comme les mouvements de la surface d'une pièce d'essai
parfaitement cylindrique ou sphérique dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation.
3.2.2
mouvement d'erreur de la structure
mouvement d'erreur dû à une excitation interne ou externe et affecté par l'élasticité, la masse et
l'amortissement de la boucle structurelle en fonction de l'angle de rotation
Voir 3.6.
3.2.3
mouvement d'erreur du palier
mouvement d'erreur dû à un palier imparfait
NOTE Voir Annexe A.
3.2.4
mouvement d'erreur total
mouvement d'erreur total relevé, constitué de composants synchrones et asynchrones de la broche et de
mouvements d'erreur de la structure
3.2.5
mouvement d'erreur statique
cas particulier de mouvement d'erreur dans lequel le mouvement d'erreur est échantillonné alors que la
broche est à l'arrêt dans une série de positions de rotation discrètes
NOTE Ceci sert à mesurer le mouvement d'erreur en l'absence de toute influence dynamique.
3.2.6
mouvement d'erreur synchrone
partie du mouvement d'erreur total observée à des multiples entiers de la fréquence de rotation
NOTE C'est le contour moyen du diagramme polaire du mouvement d'erreur total moyenné sur le nombre de tours.
3.2.7
mouvement d'erreur fondamental
partie du mouvement d'erreur total observée à la fréquence de rotation de la broche
3.2.8
mouvement d'erreur synchrone résiduel
partie du mouvement d'erreur synchrone observée à des multiples entiers de la fréquence de rotation
différente de la fréquence fondamentale
3.2.9
mouvement d'erreur asynchrone
partie du mouvement d'erreur total observée à des fréquences autres que des multiples entiers de la
fréquence de rotation
NOTE 1 Le mouvement d'erreur asynchrone correspond aux écarts du mouvement d'erreur total par rapport au
mouvement d'erreur synchrone.
NOTE 2 Le mouvement d'erreur asynchrone comprend les composantes du mouvement d'erreur qui sont
a) non périodiques;
b) périodiques, mais qui sont observées à des fréquences autres que la fréquence de rotation de la broche et ses
multiples entiers; et
c) périodiques à des fréquences qui sont des sous-harmoniques de la fréquence de rotation de la broche.
3.2.10
mouvement d'erreur radial
mouvement d'erreur dans une direction perpendiculaire à la ligne moyenne de l'axe et à un emplacement
axial spécifié
Voir Figure 2 d).
NOTE 1 Ce mouvement d'erreur peut être mesuré comme les mouvements, dans la direction radiale, de la surface
d'une pièce d'essai parfaitement cylindrique ou sphérique dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation.
NOTE 2 Le terme «faux-rond radial» a une signification généralement acceptée qui inclut les erreurs dues au centrage
et à l'ovalité de la pièce et ne correspond donc pas au mouvement d'erreur radial.
3.2.11
mouvement d'erreur radial pur
mouvement d'erreur dans lequel l'axe de rotation reste parallèle à la ligne moyenne de l'axe et se déplace
perpendiculairement à la direction sensitive
NOTE Le mouvement d'erreur radial pur représente uniquement le concept d'un mouvement d'erreur radial en cas
d'absence de mouvement d'erreur d'inclinaison. Il convient de ne pas chercher à le mesurer.
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3.2.12
mouvement d'erreur d'inclinaison
mouvement d'erreur dans une direction angulaire par rapport à la ligne moyenne de l'axe
Voir Figure 2 e).
NOTE 1 Ce mouvement peut être évalué en mesurant simultanément le mouvement d'erreur radial dans deux plans
radiaux séparés par une distance le long de la ligne moyenne de l'axe.
NOTE 2 Les termes d'erreur de «conicité», de «voile», de «roulis», de «tangage» et de «longueur» sont déconseillés
pour le mouvement d'erreur d'inclinaison.
NOTE 3 Le terme «mouvement d'erreur d'inclinaison» a été préféré au terme «mouvement angulaire» pour éviter toute
confusion avec la rotation autour de l'axe ou avec l'erreur de positionnement angulaire de dispositifs tels que des tables
rotatives.
3.2.13
mouvement d'erreur axial
mouvement d'erreur coaxial avec la ligne moyenne de l'axe
Voir Figure 2 b).
NOTE 1 Ce mouvement d'erreur peut être mesuré comme les mouvements, dans la direction axiale le long de la ligne
moyenne de l'axe, de la surface d'un disque, d'une pièce d'essai parfaitement plate ou sphérique dont l'axe coïncide avec
l'axe de rotation.
NOTE 2 Les termes «battement axial», «voile», «à-coup» et «oscillation» sont déconseillés pour le mouvement
d'erreur axial.
3.2.14
mouvement d'erreur frontal
mouvement d'erreur parallèle à la ligne moyenne de l'axe à un emplacement radial spécifié
Voir Figure 2 c).
NOTE Le mouvement d'erreur frontal est une combinaison des mouvements d'erreur axial et d'inclinaison. Le terme
«faux-rond frontal» a une signification généralement acceptée analogue à celle du terme «faux-rond radial» et ne
correspond donc pas au mouvement d'erreur frontal.
3.2.15
mesurage du mouvement d'erreur
enregistrement de mesurage du mouvement d'erreur comprenant toutes les informations pertinentes relatives
à la machine, à l'instrumentation et aux conditions d'essai
3.3 Diagramme polaire du mouvement d'erreur
représentation des mouvements d'erreur des axes de rotation créée en traçant le déplacement en fonction de
l'angle de rotation de la broche.
Voir Figure 4.
3.3.1
diagramme polaire du mouvement d'erreur total
diagramme polaire du mouvement d'erreur complet relevé
3.3.2
diagramme polaire du mouvement d'erreur synchrone
diagramme polaire des composants de mouvement d'erreur ayant des fréquences qui sont des multiples
entiers de la fréquence de rotation
NOTE Il est admis de créer un diagramme polaire d'erreur synchrone en calculant la moyenne du diagramme polaire
du mouvement d'erreur total.
a)  Mouvement d'erreur total
b)  Mouvement d'erreur synchrone c)  Mouvement d'erreur asynchrone

d)  Mouvement d'erreur intérieur e)  Mouvement d'erreur extérieur
Figure 4 — Diagrammes polaires du mouvement d'erreur
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3.3.3
diagramme polaire du mouvement d'erreur asynchrone
diagramme polaire de la partie du mouvement d'erreur total observée à des fréquences différentes des
multiples entiers de la fréquence de rotation
3.3.4
diagramme polaire du mouvement d'erreur fondamental
cercle le mieux formé passant à travers le diagramme polaire du mouvement d'erreur axial ou frontal
synchrone autour d'un centre de projection polaire spécifié
3.3.5
diagramme polaire du mouvement d'erreur axial
diagramme polaire du mouvement d'erreur axial, y compris les mouvements d'erreur fondamentaux,
synchrones résiduels et asynchrones axiaux
3.3.6
diagramme polaire du mouvement d'erreur synchrone résiduel
diagramme polaire de la partie du mouvement d'erreur synchrone observée à des fréquences différentes de la
fréquence fondamentale
NOTE La division du mouvement d'erreur synchrone en composants fondamentaux et résiduels ne s'applique qu'aux
mouvements d'erreur axiaux et frontaux. Dans les directions radiales et d'inclinaison, le mouvement d'erreur fondamental
n'existe pas — la valeur mesurée observée à la fréquence fondamentale n'est pas une caractéristique de l'axe de rotation.
3.3.7
diagramme polaire du mouvement d'erreur intérieur
contour de la limite intérieure du diagramme polaire du mouvement d'erreur total
3.3.8
diagramme polaire du mouvement d'erreur extérieur
contour de la limite extérieure du diagramme polaire du mouvement d'erreur total
3.4 Centre du mouvement d'erreur
centre défini pour l'évaluation des diagrammes polaires du mouvement d'erreur
Voir Figure 5.
NOTE Le Tableau 1 présente les centres recommandés pour l'évaluation des valeurs de mouvement d'erreur. Si le
centre n'est pas spécifié, il est à supposer qu'il s'agit du centre recommandé.

a
Diagramme polaire du mouvement d'erreur.
b
Valeur de mouvement d'erreur pour centre de cercle des moindres carrés (LSC).
Figure 5 — Diagramme polaire du mouvement d'erreur, centre PC (diagramme polaire) et centre de
cercle des moindres carrés (LSC) et valeur de mouvement d'erreur pour centre LSC
Tableau 1 — Centre recommandé par type de mouvement d'erreur
Type de mouvement Centre recommandé
Mouvement d'erreur radial Centre LSC
Mouvement d'erreur d'inclinaison Centre LSC
Mouvement d'erreur axial Centre PC
Mouvement d'erreur frontal Centre PC
3.4.1
centre de diagramme polaire
centre PC
centre du diagramme polaire
3.4.2
centre de projection polaire
centre calculé à partir de la projection polaire par une technique mathématique ou graphique
3.4.3
centre de cercle des moindres carrés
centre LSC
centre d'un cercle qui réduit au minimum la somme des carrés d'un nombre suffisant d'écarts radiaux espacés
d'une distance égale mesurée entre ce cercle et le diagramme polaire du mouvement d'erreur
3.4.4
centre de séparation radiale minimale
centre MRS
centre qui réduit au minimum la différence radiale nécessaire pour contenir le diagramme polaire du
mouvement d'erreur entre deux cercles concentriques
3.4.5
centre du cercle inscrit maximal
centre MIC
centre du plus grand cercle pouvant être inscrit dans les limites d'un diagramme polaire du mouvement
d'erreur
3.4.6
centre du cercle circonscrit minimal
centre MCC
centre du plus petit cercle pouvant contenir le diagramme polaire du mouvement d'erreur
NOTE 1 Sauf spécification contraire, le centre de la projection polaire est déterminé en utilisant le diagramme polaire
du mouvement d'erreur synchrone.
NOTE 2 Une pièce est centrée avec une erreur de centrage nulle lorsque le centre du diagramme polaire coïncide
avec le centre de la projection polaire choisi.
3.5 Valeurs de mouvement d'erreur
estimation de l'amplitude d'une composante du mouvement d'erreur sur un nombre spécifié de tours
NOTE Dans la plupart des cas, une valeur de mouvement d'erreur est égale à la différence des rayons des deux
cercles concentriques qui contiendront juste le diagramme polaire du mouvement d'erreur correspondant, et la valeur
obtenue dépend de l'emplacement du centre commun de ces deux cercles. Les définitions de 3.5.1 à 3.5.7 sont
présentées en termes de diagrammes polaires pour aider à la compréhension du phénomène et des calculs. Il est
possible de calculer les valeurs au moyen d'analyses mathématiques sans construire de diagrammes polaires.
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3.5.1
valeur de mouvement d'erreur total
différence proportionnelle entre les rayons de deux cercles concentriques d'un centre de mouvement d'erreur
spécifié permettant juste de contenir le diagramme polaire du mouvement d'erreur total
NOTE Quatre valeurs de mouvement d'erreur total sont définies: mouvement d'erreur radial total, mouvement
d'erreur d'inclinaison total, mouvement d'erreur axial total et mouvement d'erreur frontal total.
3.5.2
valeur de mouvement d'erreur synchrone
différence proportionnelle entre les rayons de deux cercles concentriques d'un centre de mouvement d'erreur
spécifié permettant juste de contenir le diagramme polaire du mouvement d'erreur synchrone
Voir Figure 6.
a
Valeur du mouvement d'erreur asynchrone.
b
Valeur du mouvement d'erreur synchrone.
c
Diagramme du mouvement d'erreur synchrone.
Figure 6 — Valeurs du diagramme polaire du mouvement d'erreur, du mouvement d'erreur asynchrone
et du mouvement d'erreur synchrone
3.5.3
valeur de mouvement d'erreur asynchrone
étendue proportionnelle maximale du diagramme polaire du mouvement d'erreur asynchrone mesurée le long
d'une ligne radiale par un centre de projection polaire spécifié
Voir Figure 6.
NOTE La valeur du mouvement d'erreur asynchrone est déterminée à partir du diagramme polaire du mouvement
d'erreur total comme étant la largeur radiale maximale de la «bande nuageuse» à n'importe quelle position angulaire
autour de la circonférence. C'est le seul mesurage qui n'utilise pas de cercles concentriques, vu que cela implique une
variation radiale à un angle particulier plutôt qu'une variation radiale autour de la circonférence complète. Pour être
strictement correct, il convient que la valeur du mouvement d'erreur asynchrone soit mesurée le long de la ligne radiale à
partir du centre de diagramme polaire (PC) plutôt que depuis le centre le plus adapté, même si cela est contraire à ce qui
semble intuitivement correct (voir Figure 6).
3.5.4
valeur de mouvement d'erreur axial fondamental
double de la distance proportionnelle entre le centre de diagramme polaire (PC) et le centre d'une projection
polaire spécifié du diagramme polaire du mouvement d'erreur synchrone
NOTE 1 Elle est définie également comme l'amplitude de la composante de la fréquence de rotation.
NOTE 2 Il n'existe pas de valeur de mouvement d'erreur radial fondamental — dans la direction radiale, le mouvement
observé à la fréquence de rotation est dû à une pièce d'essai de référence hors centre et n'est pas une propriété de l'axe
de rotation.
3.5.5
valeur de mouvement d'erreur synchrone résiduel
différence proportionnelle entre les rayons de deux cercles concentriques d'un centre de mouvement d'erreur
spécifié permettant juste de contenir le diagramme polaire du mouvement d'erreur synchrone résiduel
3.5.6
valeur de mouvement d'erreur intérieur
différence proportionnelle entre les rayons de deux cercles concentriques d'un centre de mouvement d'erreur
spécifié permettant juste de contenir le diagramme polaire du mouvement d'erreur intérieur
3.5.7
valeur de mouvement d'erreur extérieur
différence proportionnelle entre les rayons de deux cercles concentriques d'un centre de mouvement d'erreur
spécifié permettant juste de contenir le diagramme polaire du mouvement d'erreur extérieur
3.6 Mouvement d'erreur de la structure
mouvement d’erreur dû à une excitation interne ou externe et affecté par l’élasticité, la masse et
l’amortissement de la boucle structurelle
NOTE Le mouvement d’erreur de la structure peut être la réaction de la rotation de la broche et peut influencer les
mesurages.
3.6.1
mouvement d'erreur de la structure avec broche en rotation
mouvement d'un élément de la boucle structurelle par rapport à un autre élément, mesuré alors que la broche
est en rotation
NOTE Dans certaines machines, le système d'entraînement de la broche peut transmettre un grand fléchissement à
la structure.
3.6.2
mouvement d'erreur de la structure avec broche à l'arrêt
mouvement d'un ou de plusieurs éléments d'une boucle structurelle par rapport à l'axe de rotation, mesuré
alors que la broche n'est pas en rotation
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NOTE Pour de nombreuses applications, il est important d'isoler les sources de mouvement de la structure des
sources externes, c'est-à-dire des pompes de réfrigérant ou des pompes hydrauliques ou des excitations dues aux
vibrations du sol.
3.6.3
diagramme de mouvement d'erreur de la structure
diagramme de déplacement rectiligne en fonction du temps, qui est la méthode la plus courante
d'enregistrement de mouvement de la structure
NOTE Il peut toutefois être souhaitable d'utiliser un diagramme polaire pour résoudre des mouvements d'erreur de la
structure, synchrones par rapport à la rotation de la broche.
3.6.4
valeur de mouvement de la structure
étendue (maximale – minimale) du déplacement mesuré sur une période définie et dans des conditions de
fonctionnement spécifiées
3.7 Déplacement d'axe provoqué par des variations de vitesse
3.7.1
déplacement radial
déplacement axial dans la direction perpendiculaire à la ligne moyenne de l’axe
3.7.2
déplacement d'inclinaison
déplacement axial dans la direction angulaire relative à la ligne moyenne de l’axe
3.7.3
déplacement axial
déplacement axial dans la direction parallèle à la ligne moyenne de l’axe
3.7.4
déplacement frontal
combinaison de déplacements axiaux et d’inclinaison dans l’axe de rotation mesuré à un emplacement radial
spécifié
3.7.5
valeur de déplacement d'axe induit par la vitesse
graphique rectiligne du déplacement de l'axe de rotation lorsque la vitesse de rotation varie
3.7.6
valeur de déplacement d'axe induit par la vitesse
différence entre les mesurages de déplacement maximal et minimal d'un capteur de déplacement unique (ou
d'une combinaison de capteurs de déplacement pour les mesurages d'inclinaison et frontaux) à différentes
vitesses de rotation spécifiées
4 Remarques préliminaires
4.1 Unités de mesure
Dans la présente partie de l'ISO 230, toutes les dimensions linéaires sont exprimées en millimètres et tous les
écarts linéaires (mouvements d'erreur) en micromètres. De plus, toutes les dimensions angulaires sont
exprimées en degrés et tous les écarts angulaires (mouvements d'erreur) en microradians ou en secondes
d'arc.
4.2 Référence à l'ISO 230-1
Pour l'application de la présente partie de l'ISO 230, il convient de se référer à l'ISO 230-1, notamment pour
ce qui concerne l'installation de la machine avant l'essai, la mise en température des parties en mouvement,
ainsi que l'exactitude recommandée des appareils de contrôle.
4.3 Instruments et équipements d'essai recommandés
Les instruments de mesures recommandés dans le présent paragraphe sont uniquement donnés à titre
d'exemple. D'autres instruments, qui permettent de mesurer les mêmes grandeurs et qui ont une exactitude
égale ou supérieure, peuvent être utilisés.
a) Système de mesure de déplacement sans contact (de proximité) insensible aux variations
métallographiques de la pièce d'essai ayant une étendue, une résolution, une stabilité thermique, une
exactitude et une largeur de bande appropriées. La largeur de bande requise dépend du nombre
d'ondulations par rotation que l'on souhaite résoudre ainsi que de l'étendue des vitesses de la broche.
Pour la plupart des machines-outils, une largeur de bande de 10 kHz est appropriée pour des vitesses de
rotation inférieures ou égales à 6 000 tr/min. Proportionnellement, des largeurs de bandes plus élevées
sont nécessaires pour des vitesses de broche plus élevées.
b) Équipements d'acquisition de données, tels qu'un système informatique qui recueille et sauvegarde les
données de déplacement pour une analyse ultérieure.
c) Mandrin d'essai, conçu conformément aux spécifications de la norme spécifique à la machine ou par
accord conclu entre le fournisseur/fabricant et l'utilisateur, voir l'ISO 230-1:1996, A.3.
d) Montage où sont fixés des transducteurs de déplacement.
L'exactitude à long terme du matériel de mesure doit être vérifiée, par exemple par des essais de dérive des
transducteurs.
Les instruments de mesure doivent être stabilisés thermiquement avant de commencer les essais.
4.4 Environnement
La machine et, si nécessaire, les instruments de mesure doivent se trouver dans l'environnement d'essai
suffisamment longtemps (de préférence toute une nuit) pour atteindre un état thermiquement stable avant les
essais. Ils doivent être protégés des courants d'air et des rayonnements extérieurs tels que ceux du soleil, de
réchauffeurs aériens, etc.
4.5 Axe de rotation à soumettre à l'essai
L'axe de rotation doit être complètement assemblé et en ordre de marche. Les essais des axes de rotation
doivent être effectués avec la broche non chargée.
NOTE Ceci n'est pas un essai type de la broche. Les essais d'une même broche sur différentes machines pourraient
engendrer des résultats différents dus au montage, aux effets thermiques et aux conditions de vibration.
4.6 Mise en température de l'axe de rotation
Les essais doivent être précédés par une opération de mise en température appropriée spécifiée par le
fabricant et/ou définie par accord entre le fournisseur/fabricant et l'utilisateur.
Si aucune précision n'est spécifiée, les déplacements préalables doivent être limités à ceux nécessaires au
réglage des instruments de mesure pour les têtes rotatives, les tables rotatives et pivotantes. Il convient de
n'essayer une broche qu'après l'avoir mise en température à la moitié de la vitesse maximale pendant au
moins 10 min.
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5 Méthodes d'essai de mouvement d'erreur
5.1 Généralités
Les mouvements d'erreur dans la direction sensitive provoquent des défauts de profil et de finition de un à un
dans la pièce et sont par conséquent les plus importants pour la caractérisation des performances d'une
machine-outil. Les mouvements d'erreur perpendiculaires à la direction sensitive sont considérés être dans
une direction non sensitive et ne sont pas évalués. Il peut toutefois exister des effets secondaires significatifs
dans certains cas (tels que le tournage de pièces de très petites dimensions).
5.2 Paramètres et spécifications d'essai
Il convient de prendre en considération les aspects suivants pour chaque mesurage:
a) les emplacements radiaux, axiaux ou frontaux où les mesurages sont effectués;
b) l'identification de toutes les pièces d'essai, cibles et fixations utilisées;
c) l'emplacement du montage de mesurage;
d) l'emplacement de tout dispositif linéaire ou rotatif de positionnement raccordé au dispositif à l'essai;
e) l'angle de direction de la direction sensitive, par exemple axial, radial ou des angles intermédiaires le cas
échéant;
f) la présentation du résultat de mesure, par exemple valeur du mouvement d'erreur, diagramme polaire,
diagramme à base temporelle, diagramme de fréquence;
g) la vitesse de rotation de la broche (nulle pour un mouvement d'erreur statique);
h) la durée en secondes ou le nombre de tours de la broche;
i) la procédure appropriée de mise en température ou de rodage;
j) la réponse en fréquence de l'instrumentation, exprimée en hertz ou en cycles par tour, y compris les
caractéristiques d'affaiblissement de tout filtre électronique; dans le cas d'une instrumentation numérique,
la résolution de déplacement et le taux d'échantillonnage;
k) la boucle structurelle, y compris la position et l'orientation des capteurs par rapport au logement de la
broche dont les mouvements d'erreur sont consignés, les objets spécifiés par rapport auxquels les axes
de la broche et les axes de coordonnées de référence sont placés et les éléments qui relient ces objets;
l) la date et l'heure à laquelle les mesurages sont effectués;
m) le type et le statut de l'étalonnage de tous les instruments utilisés pour les essais;
n) toute autre condition de fonctionnement pouvant avoir une incidence sur le mesurage telle que la
température ambiante.
5.3 Mouvement de la structure, broche à l'arrêt
5.3.1 Généralités
Les présents essais ont pour but de déterminer le mouvement relatif entre la broche et la pièce, provoqué par
la machine elle-même et son environnement.
5.3.2 Mode opératoire d'essai
Le montage d'essai est identique à c
...