ISO 26303:2012

Machine tools - Short-term capability evaluation of machining processes on metal-cutting machine tools

ISO 26303:2012 defines procedures for acceptance of metal-cutting machine tools based on the tests of their capability in machining a specified workpiece (i.e. indirect testing). It gives recommendations for test conditions, applicable measurement systems and the requirements for machine tools. ISO 26303:2012 is consistent with ISO 22514 (all parts) describing statistical methods for process management and deals with the specific application of those methods to machine tools and machining of a sample batch of test pieces.

Machines-outils — Évaluation de la capacité des procédés d'usinage des machines travaillant par enlèvement de métal

La présente norme internationale définit les procédures de réception des machines-outils travaillant par enlèvement de métal reposant sur l'essai de leur aptitude à usiner une pièce spécifiée (c'est-à-dire essai indirect). Elle formule des recommandations pour les conditions d'essai / les systèmes de mesure applicables et les prescriptions requises pour les machines-outils. La présente norme internationale est en cohérence avec l'ISO 22514 (toutes les parties) qui décrit les méthodes statistiques dans la gestion de processus ; elle traite de l'application spécifique de ces méthodes aux machines-outils et à l'usinage d'un lot d'éprouvettes. La présente norme internationale ne couvre ni les essais fonctionnels qui sont généralement réalisés avant le contrôle des performances d'exactitude, ni l'essai des conditions de sécurité de la machine. L'Annexe A apporte des informations complémentaires sur l'analyse statistique, les Annexes (normatives) B et C fournissent des formulaires d'accord et d'évaluation pour les essais d'aptitude à court terme, tandis que l'Annexe D fournit un exemple. NOTE 1 L'essai direct vise à analyser les différentes propriétés de la machine, notamment en termes d'exactitude géométrique et de positionnement. L'étude d'aptitude à court terme vise à démontrer qu'une machine est capable d'exécuter une tâche spécifique au sein d'un processus. Il est donc important d'avoir conscience que l'essai d'aptitude à court terme se concentre uniquement sur le produit manufacturé. Cela signifie que les méthodes d'essai direct conviennent davantage à l'identification des sources d'erreurs sur la machine-outil et permettent de déduire des améliorations de conception d'une machine-outil utilisée sur un large spectre de production ; l'essai d'aptitude à court terme est moins bien adapté à l'identification des sources d'erreurs sur la machine-outil. Il est donc prévu de réaliser l'étude d'aptitude à court terme pour la réception des machines-outils travaillant par enlèvement de métal dans les processus d'usinage en premier lieu sur des machines dédiées spécifiquement à un type de pièce unique, par exemple les stations de travail des lignes de transfert, avec une durée de cycle déterminée par le processus qui soit inférieure à 10 minutes, de sorte qu'au moins 50 pièces sont manufacturées par rotation, car l'incertitude statistique augmente fortement quand le nombre de pièces produites diminue. En principe, l'étude d'aptitude à court terme peut également être réalisée sur des machines universelles, par exemple les centres d'usinage utilisé pour la production en grande série, si ces machines répondent aux critères statistiques décrits ci-dessus. NOTE 2 L'expression « aptitude à court terme », utilisée dans l'industrie de la machine-outil, correspond à l'expression « performance du processus » définie dans la norme ISO 22514-3.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 28-May-2012
• 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: 10-Mar-2022
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Revised: ISO 26303:2022 - Machine tools - Short-term capability evaluation of machining processes on metal-cutting machine tools
• Effective Date: 17-Jul-2021

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 26303
First edition
2012-06-01
Machine tools — Short-term capability
evaluation of machining processes on
metal-cutting machine tools
Machines-outils — Évaluation de la capacité des procédés d'usinage
des machines travaillant par enlèvement de métal

Reference number
©
ISO 2012
©  ISO 2012
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword . iv
Introduction . v
1  Scope . 1
2  Normative references . 1
3  Terms and definitions . 2
4  Symbols . 3
4.1  Upper case letters . 3
4.2  Lower case letters . 4
4.3  Greek letters . 5
5  Preliminary remarks . 5
6  Procedure for short-term capability evaluation . 6
6.1  General . 6
6.2  Agreements . 7
6.3  Warm-up procedure . 9
6.4  Adjustment . 9
6.5  Production . 10
6.6  Measurement . 10
6.7  Computation and analysis . 11
7  Factors influencing short-term capability evaluation . 16
7.1  General . 16
7.2  Thermal influences . 16
7.3  Influences due to measuring uncertainty . 18
7.4  Influences arising from statistical analysis . 18
Annex A (informative) Additional information related to statistical evaluations . 19
Annex B (normative) Agreement form . 26
Annex C (normative) Evaluation — Forms . 30
Annex D (informative) Examples of capability agreements and analysis . 34
Bibliography . 42

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 26303 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
iv © ISO 2012 – All rights reserved

Introduction
The evaluation of the short-term capability of the machining process is a different approach in machine tool
assessment compared with machine tool performance testing methods, which are covered by a number of
International Standards, e.g. ISO 230 (all parts) and other machine tool type specific standards. The main
differences are machining a sample batch of test pieces and definition of the relevant influencing factors as
well as the statistical conditioning and analysis of the workpiece quality related data obtained during such
tests.
This International Standard is the result of a project guided closely by an international working group, and
summarized in order to make the information available to as many interested parties as possible.
Especially for large batch production, short-term process capability estimates, as well as capacity measures,
are very often applied in addition to testing of machine tool performances. In fact, machine tool users
increasingly employ statistical process control (SPC) techniques in their activities and frequently ask the
machine suppliers/manufacturers to become system suppliers as well, giving them responsibilities for the
machining process too.
Statistical methods in process management are covered by ISO 22514 (all parts).
For the purposes of machine tool acceptance based on the test of its capability in machining a specified
workpiece, both requirements and methods stated by individual users differ widely, due to the absence of a
recognised International Standard. Long-winded discussions and adaptation processes during the acceptance
tests are, therefore, often necessary, delaying delivery to the customer and causing great time- and cost-
related expenditure. This International Standard provides a unified procedure for the acceptance test of a
machine tool based on its short-term process capability. It introduces
 the short-term capability of a given process, which employs the machine under test, the machining
process, tooling and clamping applied, as well as the workpiece properties, and
 the estimate of relevant machine capability indexes.
This International Standard adapts to and complies with the specifications established in ISO 22514 (all parts).
However, the term “process performance” specified in ISO 22514-3 corresponds to the term “short-term
capability” in this International Standard. The term “short-term capability” has been widely used in the machine
tool industry for many years; therefore, ISO/TC 39/SC 2 decided to maintain this term.
Combined with the statistical evaluation, many influencing factors significantly restrict the fraction of tolerance
interval covered by machine tool variations. As a consequence, the machine capability indices are specified in
conjunction with the test conditions and the required tolerance limits.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 26303:2012(E)

Machine tools — Short-term capability evaluation of machining
processes on metal-cutting machine tools
1 Scope
This International Standard defines procedures for acceptance of metal-cutting machine tools based on the
tests of their capability in machining a specified workpiece (i.e. indirect testing). It gives recommendations for
test conditions, applicable measurement systems and the requirements for machine tools.
This International Standard is consistent with ISO 22514 (all parts) describing statistical methods for process
management and deals with the specific application of those methods to machine tools and machining of a
sample batch of test pieces. This International Standard covers neither functional tests, which are generally
carried out before testing the accuracy performance, nor the testing of the safety conditions of the machine.
Annex A gives additional information related to statistical evaluation, (normative) Annexes B and C provide
agreement and evaluations forms for short-term capability tests, while Annex D gives an example.
NOTE 1 Direct testing aims to investigate individual machine properties, such as geometric or positioning accuracy.
Short-term capability evaluation is meant to prove that a machine has the capability to fulfil a specific process task. It is,
therefore, important to recognise that the short-term capability test is focused only on the manufactured product. This
means that direct testing methods are more suited for the determination of error sources on the machine tool and for
deriving constructive improvements of a machine tool that is used in a wide production spectrum; a short-term capability
test is less suited for detection of error sources of the machine tool. Therefore, it is expected that short-term capability
evaluation for the acceptance of metal-cutting machine tools in machining processes be primarily carried out on
workpiece-dependent special-purpose machines, e.g. working stations of transfer lines, with a process-determined cycle
time of less than 10 min, so that at least 50 workpieces are manufactured in one shift as the statistical uncertainty
increases strongly for a smaller number. In principle, short-term capability evaluation can also be performed on universal
machines, such as machining centres used for large batch production if they meet the above-mentioned statistical
requirements.
NOTE 2 The term “short-term capability”, which is a widely used term in machine tool industry, corresponds to the term
“process performance” specified in ISO 22514-3.
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 4288, Geometrical Product Specifications (GPS) — Surface texture: Profile method — Rules and
procedures for the assessment of surface texture
ISO 22514-3:2008, Statistical methods in process management — Capability and performance — Part 3:
Machine performance studies for measured data on discrete parts
ISO/TR 22514-4:2007, Statistical methods in process management — Capability and performance — Part 4:
Process capability estimates and performance measures
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
short-term capability
ability of a manufacturing unit to produce a given part within specified tolerances at a specified confidence
level, a concept mainly applied to batch production
NOTE 1 A manufacturing unit may be a single machine tool, one spindle of a multi-spindle machine tool, one station of
a transfer line, etc.
NOTE 2 Process capability is defined in ISO/TR 22514-4:2007, 2.2.1, as: statistical estimate of the outcome of a
characteristic from a process which has been demonstrated to be in a state of statistical control and which describes that
process’s ability to realize a characteristic that will fulfil the requirements for that characteristic.
NOTE 3 In this International Standard, short-term capability indices, C and C , are estimated under the assumption of
s sk
normal distribution of the characteristic value considered. If this assumption is not fulfilled, short-term range values, R
V,s
and R , are evaluated instead of capability indices.
V,sk
NOTE 4 This International Standard adapts to and complies with the specifications established in ISO 22514 (all parts).
However, the term “process performance” specified in ISO 22514-3 corresponds to the term “short-term capability” in this
International Standard. The term “short-term capability” is widely used in the machine tool industry; therefore,
ISO/TC 39/SC 2 decided to maintain this term.
3.2
short-term capability index
C
s
ratio of the specified tolerance itself to the standard deviation of the measured values quantifying the scatter
NOTE Measured values are also known as characteristic values.
3.3
critical short-term capability index
C
sk
ratio of the specified tolerance itself to the standard deviation of the measured values quantifying the scatter
under consideration of the location of the mean value
NOTE 1 If the mean value of the measured values is in the centre of the tolerance zone, this is called a centred
distribution; if the mean value is not in the centre of the tolerance zone, this is called a shifted distribution. For the
relationship between centred and shifted distributions, see A.1.
NOTE 2 Measured values are also known as characteristic values.
3.4
short-term range value
R
V,s
ratio of the range of the measured values to the specified tolerance itself
3.5
critical short-term range value
R
V,sk
ratio of the range of the measured values to the specified tolerance itself under consideration of the location of
the mean value
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3.6
control chart
chart, with upper and lower control limits, on which values of some statistical measure for a series of samples,
spiked samples and blanks, are plotted, usually in date or sample number order
[ISO 5667-14:1998, 3.10]
3.7
control chart
control chart for individuals
variables control chart for evaluating the process level in terms of the individual observations in the sample
[ISO 3534-2:2006, 2.3.15]
3.8
control limit
line on a control chart used for judging the stability of a process
[ISO 3534-2:2006, 2.4.2]
3.9
lower specification limit
specification limit that defines the lowest value a quality characteristic may have and still be considered
conforming
[ISO 22514-1:2009, 2.1.13]
3.10
upper specification limit
specification limit that defines the highest value a quality characteristic may have and still be considered
conforming
[ISO 22514-1:2009, 2.1.12]
4 Symbols
4.1 Upper case letters
C Capability index
C Critical capability index
k
C Short-term capability index (corresponds to machine performance index P in ISO 22514-3:2008);
s m
C nominal short-term capability index
s,nom
C Critical short-term capability index
sk
C Nominal critical short-term capability index
sk,nom
C Actual capability index
act
th
K i class (histogram)
i
U Uncertainty (of measurement or capability index)
U Upper control limit for the standard deviation s
CL,si i
U Upper control limit for the average values x
CL,xj j
U Upper specification limit
SL
R Range
R Short-term range value
V,s
R Nominal short-term range value
V,s,nom
R Short-term critical range value
V,sk
R Nominal short-term critical range value
V,sk,nom
T Tolerance
T Minimum usable tolerance for capability evaluation
min
L Lower control limit for the standard deviation s
j
CL,sj
L
Lower control limit for the average values x
CL,xj j
L Lower specification limit
SL
4.2 Lower case letters
e Shift of the average value
f Feed speed
i Running index for measurements
j Running index for groups of measurements
k Running index for measurements within one group
m Number of groups of parts for control charts
n Number of evaluated parts
n Number of manufactured parts
mp
n Number of classes (histogram)
K
n Minimum value of necessary parts
min
r Resolution of the measuring device
s Estimator of the standard deviation
s Average standard deviation of the samples (groups)
s ' Sample standard deviation of shifted distribution
s Standard deviation of the measurement (gauging) system
g
s Actual standard deviation of the measurement system
g,act
s Standard deviation of the jth sample (group)
j
t Manufacturing time
m
t Total manufacturing time
tot
x Mean value of population (of 50 measurements)
x ' Mean value of population with shifted distribution
x Mean value of group means x
j
x ith measurement value
i
x ith measurement value (trend corrected)
i,T
x Upper class limit of the kth class (histogram)
u,k
x Mean of the jth sample (group)
j
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x Maximum value
max
x Minimum value
min
4.3 Greek letters
 X Total trend (in relation to all values)
tot,T
 X Total trend per workpiece
tot,w
 X Trend due to thermal drifting
td
 X Trend due to thermal drifting per workpiece
td,w
 X Permissible trend due to thermal drift per workpiece
td,perm
 X Trend due to tool wear
a
 X Expected trend due to tool wear
a,exp
d Distance between the maximum value and the upper tolerance limit
u
d Distance between the minimum value and the lower tolerance limit
l
d Critical distance between the extreme values and the tolerance limits
c
X Class width (histogram)
k
X Border line of class (histogram)
K,k
X Critical distance of the average value to the tolerance limits
c
X Distance between the average value and the upper tolerance limit
u
X Distance between the average value and the lower tolerance limit
l
 Ambient temperature gradient
amb
 Maximum ambient temperature gradient
amb,max
 Mean value for population
P
 Temperature
 Ambient temperature at beginning of test
amb,0
 Maximum temperature
max
 Minimum temperature
min
 Standard deviation of the population

 Estimation of the standard deviation of the population
 Thermal time constant
 Shift ratio for shifted distribution
5 Preliminary remarks
Short-term capability evaluation belongs to the class of indirect testing methods and, hence, is a different
approach to machine acceptance testing in comparison to the direct testing defined in several series of
International Standards, e.g. ISO 230.
The measured feature shall be machined on one machining unit only. If the same feature is machined on
different, but similar, machining units, the statistical analysis shall be carried out separately for each
machining unit.
6 Procedure for short-term capability evaluation
6.1 General
The basic procedure during a short-term capability evaluation is shown in Figure 1. Acceptance according to a
short-term capability evaluation is only recommended for machine tools used in large batch production with a
process cycle time of less than 10 min. In addition, the adequate short-term capability (see 6.6) of the
measuring process is a necessary requirement for measuring the workpieces.
NOTE In some cases, preparatory studies are performed in order to demonstrate that the operator can successfully
interact with the machining process and that the subsequent process capability study will be successful [31].
Before initiating the test and evaluation process, the supplier/manufacturer and the user shall reach necessary
agreements concerning the test plan, including the workpiece features to be measured and analysed, the
procedure, the test conditions and the characteristic values. Hereinafter, all agreements which are referred to
are between the supplier/manufacturer and the user. The evaluations process is started by warming-up the
machine. The subsequent adjustment is for the setting of the manufacturing process to the required
tolerances (e.g. the middle of the tolerance zone in the case of characteristic with two-sided tolerances or zero
for a zero-limited characteristic). The 50 workpieces are then manufactured in series and measured with a
suitable measuring device. The measurements attained are then statistically evaluated in the final step.
If the short-term capability indices or the range values and, if applicable, thermal drift are beyond specified
tolerances, the reasons shall be investigated. These can be, for example, faults which can be recognised as
outlier values in the control chart for individuals (see 6.7.3). If improvements are possible, these shall be
carried out and the tests shall be repeated in part or whole.
Agreements
Warming-up
Adjustment
Test plan
Warmed up machine tool
 
Adjustment of process to
or separate evaluation of
Procedure
targeted value
thermal drift
Test conditions
Characteristic values
Measurement
Analysis
Production
Requirement:
measurement system with
suitable resolution and Usually 50 workpieces are
Statistical evaluation of
 
uncertainty for produced successively
measurement results
measurement of short-term
capability
This is recommended only for large batch production machine with cycle time  10 min.
Figure 1 — Basic procedure for short-term capability evaluation
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6.2 Agreements
Before the actual acceptance test is carried out, agreements between the manufacturer/supplier and the user
are necessary in order to ensure that:
a) the machine and the applied machining process are evaluated with as few interfering influences as
possible,
b) requirements, which cannot be fulfilled due to the various influencing factors and the narrowing of the
tolerance caused by the statistical analysis, are not set,
c) contractual agreements between the manufacturer/supplier and the user can be formulated, defining the
scope, procedure and evaluation factors for the acceptance, and
d) tolerances that are subject to a short-term capability evaluation are identified considering the associated
costs.
The relevant agreements are listed in the forms provided in Annex B; Annex D provides an example. The test
conditions under which the machine is evaluated shall be negotiated between the manufacturer/supplier and
the user. These include, among others, the ambient temperature and its allowable variation during the test
period. The limits depend on the manufacturing task, as does the location where the machine is installed in
the machine shop or in an air-conditioned room. The following limits shall be used as default values for normal
manufacturing tasks: ambient temperature, i.e. temperature change within 3 °C during time of test;
temperature gradient, i.e. within a maximum of 2 °C/h or 2 °C/h.
Since the aim of the acceptance test is to prove the short-term capability and not the long-term capability,
which is influenced by additional factors, a defined and uniform quality of the oversized blanks shall be
ensured. The composition and characteristics of the material shall not be influenced by a change of batch. An
oversize tolerance shall be agreed upon by the manufacturer/supplier and the user in order to limit the
differences in static deformation due to back forces (component of the total cutting force perpendicular to the
working plane) for varying oversizes.
Machining of blanks can have a direct influence (e.g. differences in machined dimension) and an indirect
influence (e.g. differences in flatness of machined clamping faces) on the scattering of the measured features
resulting from the process. Therefore, tolerances for machining of blanks shall be compatible with the required
process short-term capability. In addition, it can be necessary to further limit the tolerances of the blanks
depending on the machining process and sequence.
Fifty workpieces shall be manufactured in series. The total manufacturing time shall not exceed 8 h, resulting
in a permissible manufacturing time of 10 min per workpiece. In special circumstances of longer
manufacturing times per workpiece, a lower number of workpieces may be agreed upon by the
manufacturer/supplier and the user; but in any case, the number of workpieces shall not be less than 30. If
workpieces with small cycle times are being manufactured, a total manufacturing period of 6 h to 8 h and the
production of more than 50 workpieces with the taking of samples from the larger set, which results in a total
of 50 measurements (sample size multiplied by number of samples) may be negotiated.
Furthermore, the manufacturing technology and an adequate warm-up procedure shall be agreed upon by the
manufacturer/supplier and the user before starting the acceptance test, in order to ensure that the machine is
in thermal equilibrium (see 6.3 and 7.2).
The resolution and measuring uncertainty of the measuring device shall be taken into account. The short-term
capability of the measuring device shall be verified. Generally, one needs a measurement equipment
investigation, including the influence of the operator, at the time of evaluating the short-term capability
(see 6.6).
As an alternative to the short-term capability indices, C or C , the evaluation of the range values, R or
s sk V,s
R , may be agreed upon by the manufacturer/supplier and the user. Additional information on the
V,sk
relationship between standard deviation and range values is given in A.2. The range values only take account
of the greatest and least values and are very susceptible to outliers in the set. Therefore, they do not provide
enough information about the process behaviour within the extreme values. Consequently, if range values are
used, the evaluation of the process using the control chart for individuals, the control chart and a histogram is
of special importance (see 6.7).
NOTE The definition of the short-term capability indices or range values is of great economic importance. On the one
hand, the conformance to stringent requirements can guarantee reliable production. On the other hand, this does not
necessarily mean that the manufacturing costs can be reduced. Generally, much higher expenditure is needed for
achieving greater short-term capability indices or lesser range values. Such costs result from supplementing or equipping
the machine with additional components (e.g. direct measuring systems, probing devices) and additional control circuits
(e.g. measurement control, thermal compensation) or changing to a more expensive manufacturing method (e.g. from
turning to grinding).
The required values shall be specified with considerations of the technical possibility and economical
feasibility. In this sense, it is not suitable to set uniform boundaries for all processes. The direct relationship
between the short-term capability indices and the required tolerances shall be taken into special consideration.
As proof of short-term capability naturally guarantees a statistical confidence regarding the manufacturing
process, current tolerances set by the designer for safety reasons should be re-thought. According to current
short-term capability indices, the thresholds given in Table 1 are recommended for evaluating short-term
capability. In individual cases, it can be of advantage to make other agreements.
The basis for the recommendation of the limits is the fact that, for long-term capability with increased
[41]
influencing factors, a C value of at least 1,33 should be attained . The calculation of the characteristic
s
values is described in 6.7.
For certain processes or features, it can be appropriate for manufacturer/supplier and the user to disregard
the C value and only agree on a C value. For example, this can be the case if the setting of the process is
sk s
very complicated, but principally unproblematic (see 6.4) or if features which depend largely on the cutting
tools are investigated, e.g. the diameter during drilling, countersinking and reaming.
Table 1 — Recommended values for short-term process capability parameters
Process/Feature Notes
C C R R
V,s V,sk
s sk
Normal processes or 1,67 1,67 — — For example diameter or length in uncontrolled
features processes
In-process measurement — — 100 % 100 % The full tolerance may be used.
control
Roughness values — — if necessary 80 % In many cases, there is only an upper limit;
80 % therefore, only R is specified.
V,sk
One-sided limited tolerance — 1,67 — 60 % The manufacturer/supplier and the user shall
agree on which of the two characteristic values
is used for acceptance.
Other special processes or 1,67 1,67 60 % 60 % The manufacturer/supplier and the user shall
features (e.g. meas. agree which values, i.e. C and C or R and
s sk
V,s
control) R , are relevant for acceptance.
V,sk
Whenever applying an in-process measurement control, agreed action limits for the control algorithm shall be
defined. These have, for instance, a safety margin of 10 % to 20 % towards the tolerance limits. In this case,
short-term capability is proven if all values are within the tolerance limits.
Roughness values are usually not very scattered. Therefore, they result in a high confidence against
exceeding a limit. In such cases, it is sufficient to keep a safety margin of 10 % of the tolerance towards the
tolerance limit. Due to the strong influence of the position of the measuring area on the surface of the
workpiece on the roughness value, it is advisable to perform repetitive measurements in different areas on
some workpieces and, if necessary, calculate the average of the measured values.
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Features with one-sided tolerance shall be evaluated only by their critical parameters. The question of
whether C or R are relevant for acceptance shall be agreed between the manufacturer/supplier and the
sk V,sk
user.
For other special processes or features, the question of relevance of the characteristic values shall be agreed
upon by the manufacturer/supplier and the user for each individual case. For example, in the case of multi-
spindle machines which manufacture several workpieces simultaneously, or if using several identical clamping
units, it is useful to use a C value that is calculated using the standard deviation estimation value ˆ [see
s
Equation (6)]. The number of values per spindle or device shall be an integer multiple of the number of values
per group in order to avoid mixing the results of the individual spindles or clamping units. This procedure is
similar to separately evaluating workpieces of each spindle or clamping unit. Additionally, the range value,
R , calculated from all workpieces, shall be within limits in order to ensure that all parts are within the
V,s
tolerance. If these two conditions are not met, each spindle or clamping unit shall be investigated individually
for the respective causes and reasons. Depending on the number of clamping units investigated and the work
load for the production of a workpiece, it can be useful to carry out an adjustment run with two to three
workpieces per clamping unit in order to determine the scattering and setting of the workpiece contact surface.
The sample workpieces destined for evaluation can then be taken from one clamping unit.
The maximum permissible trend due to thermal drift depends on the manufacturing method, the size of the
machine and the production and ambient conditions. During the warm-up phase, a trend due to thermal drift of
[36]
up to 40 µm/h can be expected . As described in 6.3, this trend is often of lesser importance for machines
undergoing short-term capability tests. It shall, therefore, only be agreed upon as relevant by the
manufacturer/supplier and the user for acceptance in individual cases.
6.3 Warm-up procedure
A warm-up procedure should be planned for the short-term capability test to ensure that the machine is
operating in thermal equilibrium. If, nevertheless, the trend due to thermal drift is of special importance to the
user or the warm-up period cannot be extended until the machine is in thermal equilibrium, a permissible trend
shall be agreed between the manufacturer/supplier and the user before running the test and also be
considered during the analysis.
For small batches, the thermoelastic deformation due to mixed or interrupted production is of greater
importance for the thermal behaviour of the machine. This behaviour may be evaluated using other test
methods, such as direct thermal tests (e.g. according to ISO 230-3) or a suitable machining test.
6.4 Adjustment
The adjustment run serves the purpose of adjusting the process to the target value (or preferred or reference
value) of a characteristic. A target value can be equal to the middle of the tolerance zone for features with a
two-sided tolerance or to zero for zero-limited features. A.3 shows the effects of the setting on the remaining
tolerance. If the mean value is not in the middle of the tolerance zone, the remaining area which can be used
by production is limited. This means, for instance, that for a displacement of the mean value by a quarter of
the tolerance and a C requirement of 1,67, the remaining 6s area (roughly the maximum permissible range)
sk
is only 30 % of the tolerance.
How exact the adjustment of the process should be in terms of the set value depends, among other factors,
on how much work is involved and the importance of the mean value position varies for each individual case.
For instance, one can expect that keeping the mean value in the middle of the tolerance zone is time-
consuming, but in principle, possible without any problem. In such a case, it can be useful to set the process
such that the mean value is only roughly in the middle of the tolerance zone, and only agree on the short-term
capability index, C , or the range value, R , as acceptance criteria.
s V,s
The blanks shall be supplied with the required quality and shall have acquired the ambient workshop
temperature. Uncoated cutting tools shall not be used in mint condition as they are subject to high initial wear.
Besides the consequence on workpiece dimensions, such high initial wear increases the cutting force
significantly. For this reason, if an uncoated tool in mint condition is being used, some cutting runs shall be
performed before the adjustment runs.
If the trend due to thermal drift is evaluated, the trend due to tool wear shall also be determined. This may be
predetermined on the basis of previous experience in similar cutting conditions or may be measured with a
microscope or contact stylus instrument. As a rule, the assumption of linear tool wear and measuring the tool
before and after the acceptance test is sufficient, since the tool is not applied in mint condition. If it is known
that the tool life is much larger than the manufacturing time using the applied manufacturing parameters
during the acceptance test, the evaluation of the tool wear may be abandoned.
6.5 Production
The workpieces shall be manufactured in sequence and without interruption. Since any change in the method
and the time period of manufacture affects the process and therefore distorts the actual process behaviour,
manufacturing of workpieces shall be a continuous process. Disturbances during the manufacturing process,
such as vibration of the foundation (floor), temperature variation and vibrations on the machine tool, may be
recorded in order to facilitate the interpretation of the measurement data at a later date and, if necessary, to
initiate a new test.
If measurement control or trend compensation is part of the machine tool, they shall be included in the short-
term capability test, i.e. the machine shall not be tested without the control. During the evaluation, the
changed distribution function of the features shall be taken into account in such a manner that range values
shall be calculated instead of the short-term capability indices.
6.6 Measurement
According to the feature tolerances, requirements shall be set for the measuring device, the measurement
location (air-conditioned room for measuring, shop floor) and the measurement method. The measurements
may only be performed by trained personnel. The temperature of the measuring device and the workpiece
shall not differ from the ambient temperature of the measuring location.
Every time form tolerances are being checked, the surface quality of the tested pieces shall be considered, as
there is a danger of false interpretation of roughness as form errors.
The measuring device shall have an adequately high resolution. Conformance to the following condition is
recommended: resolution  0,03 T, where T is the tolerance of the feature under test.
The suitability of the measuring device applied for the short-term capability evaluation shall be proven by a
measurement system short-term capability evaluation. This is carried out by measuring a measurement
standard 50 times under constant conditions and subsequent calculation of the measurement equipment
standard deviation s . The measurement standard may be a sample workpiece. If no suitably accurate sample
g
workpiece is available, a workpiece from normal production may be used. The measurements for s shall be
g
carried out under constant and repeatable conditions. The measuring device standard deviation shall conform
to the following requirement:
60s ,15T
g
or s  2,5 % of T, where T is the tolerance of the feature under test.

g
Conformance to this requirement means that the deterioration of the short-term capability index due to the
standard deviation of the measuring device is sufficiently small (less than 1,1 % for C  1,00 and less than
s
4,2 % for C  2,00) and therefore may be neglected. If this requirement is not fulfilled, the measuring device
s
may not be used for the short-term capability test as the results can be corrupted (see A.4). The reduction of
the standard deviation associated with the process by the amount of the standard deviation associated with
the measuring device is not a suitable method for correcting the result as it strongly increases the statistical
uncertainty.
If critical values are evaluated, the measurement uncertainty, U (coverage factor k  2) shall be less than or
equal to10 % of the tolerance.
10 © ISO 2012 – All rights reserved

6.7 Computation and analysis
6.7.1 General
The statistical analysis of a short-term capability evaluation shall not consist only of the calculation of the
short-term capability indices, but shall analyse the process with regard to trend, outlier values, stability, special
process situations and conformance to normal distribution (for C and C values). Commercially available
s sk
statistics software which offer graphical display possibilities [e.g. control charts for individuals (see ISO 8258),
histograms and probability charts] and calculate the appropriate statistical parameters can be of great help.
The calculation sequence for the analysis is provided in the forms given in Annex C. The procedure is
demonstrated by an example in Annex D.
The main steps comprising analysis are shown in Figure 2. The verification of the short-term capability of the
measuring system is the prerequisite for the useful evaluation of the short-term capability.
Based upon the knowledge of the process and by means of a control chart for individuals, a decision should
be made as to whether a special process or feature is subject to evaluation. This covers, for instance, the
inclusion of a measurement control, non-adjustable tools, multi-spindle machines or roughness values. If it is a
special process or a special feature, the trend correction described in 6.7.2 is not carried out.
6.7.2 Trend correction
A control chart for individuals is used to evaluate the total trend, X of the measurement data. Applying the
tot,T
knowledge of the trend due to tool wear, X (known or measured in similar processes), the trend due to
a
thermal drift, X , may be calculated as given by Equation (1), if no special influences are apparent:
td
X XX (1)
td tot,T a
Since the short-term capability indices are always calculated using an estimation of the standard deviation, ˆ
[see Equations (14) and (15)], a small trend due to group formation during the calculation of the standard
deviation shall be eliminated. Nevertheless, one cannot rule out that, due to the trend, the mean value can
exceed the permissible control limit, so in the case of doubt, a trend correction may be carried out. If a strong
trend is present, a trend correction may be carried out to evaluate the trend and the scattering of measured
features associated with the process separately. The measurement data are corrected using Equations (2)
and (3):
xx i 1X (2)

ii,T tot,w
where
XX ,T (3)
tot,w tot
n1
x is the ith trend corrected measurement;
i,T
x is the ith measurement (not trend-corrected);
i
X is the total trend per workpiece.
tot,w
If a trend correction is carried out, the subsequent calculations shall be carried out using the trend-corrected
data. The range, R, the mean value, x , and an estimation value for the standard deviation, ˆ , (via five-fold
measurement grouping) shall be calculated as given by Equations (4) to (7):
range:
Rxx (4)
max min
mean value:
m
x x (5)
 j
m
j1
estimated standard deviation:
s
ˆ (6)
0,94
where
m
s s (7)
 j
m
j1
NOTE Constant in Equation (6) 0,94 is for groups of five; constant in Equation (6) becomes 0,89 for groups of three.
12 © ISO 2012 – All rights reserved

Measurement data
Control chart for
individuals
YES
Trend correction
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 26303
Première édition
2012-06-01
Machines-outils — Évaluation de la
capacité des procédés d'usinage des
machines travaillant par enlèvement
de métal
Machine tools — Short-term capability evaluation of machining
processes on metal-cutting machine tools
Numéro de référence
©
ISO 2012
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© ISO 2012
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CH-1214 Vernier, Genève
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Fax: [phone]
E-mail: [e-mail]
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Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Symboles . 3
4.1 Lettres majuscules . 3
4.2 Lettres minuscules . 4
4.3 Lettres grecques. 5
5 Remarques préliminaires . 6
6 Procédure d’étude de l’aptitude à court terme . 6
6.1 Considérations Générales . 6
6.2 Accords . 7
6.3 Procédure de mise en température .10
6.4 Réglage .10
6.5 Production .11
6.6 Mesure .11
6.7 Calcul et analyse .12
6.7.1 Considérations Générales .12
6.7.2 Correction de tendance .12
6.7.3 Gestion des aberrations .14
6.7.4 Stabilité du processus .15
6.7.5 Calcul des indices .16
7 Facteurs influençant l’étude d’aptitude à court terme .17
7.1 Généralités .17
7.2 Influences thermiques .18
7.3 Influences imputables à l’incertitude de mesure .19
7.4 Influences résultant de l’analyse statistique .19
7.4.1 Seuil de confiance et taille de l’échantillon .19
7.4.2 Type de distribution .20
Annexe A (Informative) Informations complémentaires relatives aux études statistiques .21
Annexe B (Normative) Formulaires d’accord .31
Annexe C (Normative) Formulaires d’évaluation .35
Annexe D (Informative) Exemples d’accords et d’analyses relatifs à l’aptitude .41
Bibliographie .50
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 normes internationales sont rédigées conformément aux règles de rédaction données dans les
Directives ISO/IEC, 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 26303 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.
iv © ISO 2012 – Tous droits réservés

Introduction
L’étude de l’aptitude à court terme du processus d’usinage des machines-outils implique d’adopter
une approche différente des méthodes d’essai des performances des machines-outils, abordées
dans plusieurs normes internationales, par ex. ISO 230 (toutes les parties) et dans d’autres normes
spécifiques à un type de machine-outil. Les principales différences portent sur l’usinage d’un lot
échantillon d’éprouvettes et la définition des paramètres influents et pertinents, mais également sur
le traitement statistique et l’analyse des données concernant la qualité de la pièce qui sont obtenues à
l’occasion de ces essais.
La présente norme internationale est le résultat d’un projet piloté avec précision par un groupe de
travail international, synthétisé pour rendre les informations accessibles au plus grand nombre de
parties intéressées.
Pour la production en grande série en particulier, on utilise très souvent des estimations de l’aptitude
à court terme du processus et des mesures de capacité en complément de l’essai des performances
des machines-outils. Concrètement, les utilisateurs de machines-outils emploient de plus en plus les
techniques de maîtrise statistique du processus (MSP) dans leurs activités et demandent souvent aux
fournisseurs/fabricants des machines de se positionner également comme fournisseurs de système, en
leur donnant également la responsabilité du processus d’usinage.
Les méthodes statistiques dans la gestion de processus sont couvertes par la norme ISO 22514 (toutes
les parties).
L’absence de norme internationale reconnue explique la variété des conditions requises et des méthodes
présentées par chaque utilisateur pour réaliser la réception d’une machine-outil reposant sur l’essai de
son aptitude à usiner une pièce spécifique. Par conséquent, les essais de réception impliquent souvent
un long processus préalable de discussion et d’adaptation, ce qui prend du temps, augmente les coûts et
occasionne des retards de livraison au client. La présente norme internationale apporte une procédure
unifiée pour réaliser les essais de réception d’une machine-outil reposant sur l’examen de son aptitude
processus à court terme. Elle présente :
— l’aptitude à court terme d’un processus donné, qui utilise la machine mise à l’essai, le processus
d’usinage, l’outillage et les dispositifs de maintien, ainsi que les caractéristiques de la pièce et
— propose des indices d’aptitude pertinents pour la machine.
La présente norme internationale s’adapte aux spécifications établies par l'ISO 22514 (toutes les
parties) et s'y conforme. Cependant, dans la présente norme internationale, « l’aptitude à court terme »
correspond à la « performance du processus » définie dans la norme ISO 22514-3. L’expression « aptitude
à court terme » s’est généralisée dans l’industrie de la machine-outil depuis plusieurs années ; le sous-
comité ISO/TC 39/SC 2 a donc décidé de conserver ce terme.
Associés à l’analyse statistique, plusieurs paramètres influents limitent de façon significative l’intervalle
de tolérance couvert par les variations de la machine-outil. Par conséquent, les indices d’aptitude
machine sont spécifiés en lien avec les conditions de réception et les limites de tolérance prescrites.
NORME INTERNATIONALE ISO 26303:2012(F)
Machines-outils — Évaluation de la capacité des procédés
d'usinage des machines travaillant par enlèvement de métal
1 Domaine d'application
La présente norme internationale définit les procédures de réception des machines-outils travaillant
par enlèvement de métal reposant sur l’essai de leur aptitude à usiner une pièce spécifiée (c’est-à-dire
essai indirect). Elle formule des recommandations pour les conditions d’essai / les systèmes de mesure
applicables et les prescriptions requises pour les machines-outils.
La présente norme internationale est en cohérence avec l'ISO 22514 (toutes les parties) qui décrit
les méthodes statistiques dans la gestion de processus ; elle traite de l’application spécifique de ces
méthodes aux machines-outils et à l’usinage d’un lot d’éprouvettes. La présente norme internationale
ne couvre ni les essais fonctionnels qui sont généralement réalisés avant le contrôle des performances
d'exactitude, ni l’essai des conditions de sécurité de la machine.
L’Annexe A apporte des informations complémentaires sur l’analyse statistique, les Annexes
(normatives) B et C fournissent des formulaires d’accord et d’évaluation pour les essais d’aptitude à
court terme, tandis que l’Annexe D fournit un exemple.
NOTE 1 L’essai direct vise à analyser les différentes propriétés de la machine, notamment en termes
d'exactitude géométrique et de positionnement. L’étude d’aptitude à court terme vise à démontrer qu’une
machine est capable d’exécuter une tâche spécifique au sein d’un processus. Il est donc important d’avoir
conscience que l’essai d’aptitude à court terme se concentre uniquement sur le produit manufacturé. Cela signifie
que les méthodes d’essai direct conviennent davantage à l’identification des sources d’erreurs sur la machine-
outil et permettent de déduire des améliorations de conception d’une machine-outil utilisée sur un large spectre
de production ; l’essai d’aptitude à court terme est moins bien adapté à l’identification des sources d’erreurs sur
la machine-outil. Il est donc prévu de réaliser l’étude d’aptitude à court terme pour la réception des machines-
outils travaillant par enlèvement de métal dans les processus d’usinage en premier lieu sur des machines dédiées
spécifiquement à un type de pièce unique, par exemple les stations de travail des lignes de transfert, avec une
durée de cycle déterminée par le processus qui soit inférieure à 10 minutes, de sorte qu’au moins 50 pièces
sont manufacturées par rotation, car l’incertitude statistique augmente fortement quand le nombre de pièces
produites diminue. En principe, l’étude d’aptitude à court terme peut également être réalisée sur des machines
universelles, par exemple les centres d’usinage utilisé pour la production en grande série, si ces machines
répondent aux critères statistiques décrits ci-dessus.
NOTE 2 L’expression « aptitude à court terme », utilisée dans l’industrie de la machine-outil, correspond à
l’expression « performance du processus » définie dans la norme ISO 22514-3.
2 Références normatives
Les documents référencés ci-après sont indispensables à l’application de cette norme. Si la référence
est datée, seule s’applique l’édition citée. Si la référence n’est pas datée, appliquer la dernière édition en
vigueur du document référencé (y compris les révisions éventuelles).
ISO 4288, Spécification géométrique des produits (GPS) — État de surface: Méthode du profil — Règles et
procédures pour l'évaluation de l'état de surface
ISO 22514-3:2008, Méthodes statistiques dans la gestion de processus — Aptitude et performance —
Partie 3: Études de performance de machines pour des données mesurées sur des parties discrètes
ISO/TR 22514-4:2007, Méthodes statistiques dans la gestion de processus — Aptitude et performance —
Partie 4 : Estimations de l’aptitude de processus et mesures de performance
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
aptitude à court terme
aptitude d’une unité de fabrication à produire une pièce donnée en respectant les tolérances spécifiées
avec un seuil de confiance donné. Ce concept s’applique principalement à la production en série
Note 1 à l'article: Une unité de fabrication peut être une machine-outil, une broche d’une machine-outil
multibroche, une station d’une ligne de transfert, etc.
Note 2 à l'article: L’aptitude du processus est définie par l'ISO/TR 22514-4:2007, 2.2.1 : estimation statistique du
résultat d’une caractéristique d’un processus dont il a été démontré qu’il est en état de maîtrise statistique et qui
décrit cette aptitude du processus à réaliser une caractéristique qui satisfera aux exigences s’y rapportant.
Note 3 à l'article: Dans la présente norme internationale, les indices d’aptitude à court terme C et C , sont
s sk
estimés sur l’hypothèse d’une distribution normale de la valeur caractéristique considérée. Si cette hypothèse
n’est pas satisfaite, les valeurs de plage à court terme R et R sont évaluées à la place des indices d’aptitude.
V,s V,sk
Note 4 à l'article: La présente norme internationale s’adapte aux spécifications établies par l'ISO 22514 (toutes les
parties) et s'y conforme. Cependant, « l’aptitude à court terme » y correspond à la « performance du processus »
définie dans la norme ISO 22514-3. L’utilisation de l’expression « aptitude à court terme » s’est généralisée dans
l’industrie de la machine-outil ; le sous-comité ISO/TC 39/SC 2 a donc décidé de conserver ce terme.
3.2
indice d’aptitude à court terme
C
s
rapport de la tolérance spécifiée par rapport à l’écart-type des valeurs mesurées quantifiant la
dispersion
Note 1 à l'article: Les valeurs mesurées sont également appelées valeurs caractéristiques.
3.3
indice d’aptitude critique à court terme
C
sk
rapport de la tolérance spécifiée par rapport à l’écart-type des valeurs mesurées quantifiant la
dispersion, en tenant compte du positionnement de la valeur moyenne
Note 1 à l'article: Si la valeur moyenne des valeurs mesurées est au centre de la zone de tolérance, la distribution
est dite centrée ; si la valeur moyenne n’est pas au centre de la zone de tolérance, la distribution est dite décentrée.
Pour la relation entre distribution centrée et distribution décentrée, voir A.1.
Note 2 à l'article: Les valeurs mesurées sont également appelées valeurs caractéristiques.
3.4
valeur de plage à court terme
R
V,s
rapport de la plage des valeurs mesurées par rapport à la tolérance spécifiée
3.5
valeur de plage critique à court terme
R
V,sk
rapport de l'amplitude des valeurs mesurées par rapport à la tolérance spécifiée, en tenant compte de
la position de la valeur moyenne
2 © ISO 2012 – Tous droits réservés

3.6
carte de contrôle
graphique intégrant des limites de contrôle supérieure et inférieure, sur lequel sont reportées les
valeurs d’une mesure statistique faite sur une série d’échantillons, d’échantillons enrichis et de bruts,
généralement par ordre chronologique ou par ordre de numéro d’échantillon
[SOURCE: ISO 5667-14:1998, 3.10]
3.7
carte de contrôle
carte de contrôle d'observations individuelles
carte de contrôle par mesures pour évaluer le niveau du processus en se basant sur les observations
individuelles faites sur l’échantillon
[SOURCE: ISO 3534-2:2006, 2.3.15]
3.8
limite de contrôle
valeur d’une carte de contrôle utilisée pour déterminer la stabilité d’un processus
[SOURCE: ISO 3534-2:2006, 2.4.2]
3.9
limite de spécification inférieure
limite de spécification qui définit la valeur limite la moins élevée pouvant être attribuée à une
caractéristique qualité et pouvant par ailleurs être considérée conforme
[SOURCE: ISO 22514-1:2009, 2.1.13]
3.10
limite de spécification supérieure
limite de spécification qui définit la valeur limite la plus élevée pouvant être attribuée à une
caractéristique qualité et pouvant par ailleurs être considérée conforme
[SOURCE: ISO 22514-1:2009, 2.1.12]
4 Symboles
4.1 Lettres majuscules
C Indice d’aptitude
C Indice d’aptitude critique
k
C Indice d’aptitude à court terme (correspond à l’indice de performance machine P défini dans
s m
l'ISO 22514-3:2008)
C Indice d’aptitude nominale à court terme
s,nom
C Indice d’aptitude critique à court terme
sk
C Indice d’aptitude critique nominale à court terme
sk,nom
C Indice d’aptitude réelle
act
ème
K i classe (histogramme)
i
U Incertitude (de la mesure ou de l’indice d’aptitude)
U Limite de contrôle supérieure pour l’écart-type s
CL,s i
i
U Limite de contrôle supérieure pour les valeurs moyennes x
CL, j
xj
U Limite de spécification supérieure
SL
R Plage
R Valeur de plage à court terme
V,s
R Valeur de plage nominale à court terme
V,s,nom
R Valeur de plage critique à court terme
V,sk
R Valeur de plage critique nominale à court terme
V,sk,nom
Tolérance
T
T Tolérance minimale utilisable pour l’étude d’aptitude
min
L
CL,sj
Limite de contrôle inférieure pour l’écart-type s
j
L Limite de contrôle inférieure pour les valeurs moyennes x
CL,xj j
L Limite de spécification inférieure
SL
4.2 Lettres minuscules
e Déplacement de la valeur moyenne
Vitesse d’avance
f
Indice de marche des mesures
i
Indice de marche des groupes de mesures
j
Indice de marche des mesures d’un même groupe
k
m Nombre de groupes d’éléments pour les cartes de contrôle
n Nombre de pièces évaluées
n Nombre de pièces produites
mp
n Nombre de classes (histogramme)
K
n Valeur minimale de pièces nécessaires
min
r Résolution du dispositif de mesure
s Estimateur de l’écart-type
Écart-type moyen des échantillons (groupes)
s
Écart-type moyen de la distribution décentrée
s '
s Écart-type du système de mesure (étalonnage)
g
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s Écart-type réel du système de mesure
g,act
Écart-type de l’échantillon j (groupe)
s
j
t Temps de fabrication
m
t Temps total de fabrication
tot
Valeur moyenne de population (sur 50 mesures)
x
Valeur moyenne de population avec distribution décentrée
x '
Valeur moyenne des moyennes de groupe x
j
x
ème
i valeur de mesure
x
i
ème
x i valeur de mesure (tendance corrigée)
i,T
x Limite de classe supérieure de la classe k (histogramme)
u,k
ème
Moyenne du j échantillon (groupe)
x
j
x Valeur maximale
max
x Valeur minimale
min
4.3 Lettres grecques
Tendance totale (par rapport à toutes les valeurs)
δ X
tot,T
Tendance totale par pièce
δ X
tot,w
Tendance imputable à la dérive thermique
δ X
td
Tendance imputable à la dérive thermique par pièce
δ X
td,w
Tendance admissible imputable à la dérive thermique par pièce
δ X
td,perm
Tendance imputable à l’usure de l’outil
δ X
a
Tendance anticipée imputable à l’usure de l’outil
δ X
a,exp
Distance entre la valeur maximale et la limite de tolérance supérieure
Δd
u
Distance entre la valeur minimale et la limite de tolérance inférieure
Δd
l
Distance critique entre les valeurs extrêmes et les limites de tolérance
Δd
c
Largeur de classe (histogramme)
ΔX
k
Frontière de classe (histogramme)
ΔX
K,k
Distance critique entre la valeur moyenne et les limites de tolérance
ΔX
c
Distance entre la valeur moyenne et la limite de tolérance supérieure
ΔX
u
Distance entre la valeur moyenne et la limite de tolérance inférieure
ΔX
l
Gradient de température ambiante
Δυ
amb
Gradient maximal de température ambiante
Δυ
amb,max
Valeur moyenne de population
μ
P
Température
ϑ
Température ambiante au début de l’essai
ϑ
amb,0
Température maximale
ϑ
max
Température minimale
ϑ
min
σ Écart-type de la population

Estimation de l’écart-type de la population
σ
τ Constante de temps thermique
Rapport de décalage pour la distribution décentrée
Ψ
5 Remarques préliminaires
L’étude d’aptitude à court terme relève des méthodes de contrôle indirect, elle implique par conséquent
d’adopter une approche différente pour les contrôles de réception des machines par rapport aux
contrôles directs définis dans plusieurs séries de normes internationales, par exemple ISO 230.
La fonctionnalité mesurée doit être usinée sur une seule unité d’usinage. Si la même fonctionnalité
est usinée sur des unités d’usinage différentes, mais similaires, l’analyse statistique sera réalisée
séparément pour chaque unité d’usinage.
6 Procédure d’étude de l’aptitude à court terme
6.1 Considérations Générales
La Figure 1 illustre la procédure de base pour l’étude de l’aptitude à court terme. Il est recommandé de
réserver la procédure de réception selon l’étude d’aptitude à court terme aux machines-outils utilisées
dans la production en grande série, présentant une durée de cycle processus inférieure à 10 minutes.
L’aptitude à court terme adéquate (voir 6.6) du processus de mesure est une exigence préalable et
nécessaire à la mesure des pièces.
NOTE Dans certains cas, des recherches préliminaires sont réalisées pour démontrer que l’opérateur peut
interagir de façon satisfaisante avec le processus d’usinage et que donc l’étude d’aptitude du processus qui suivra
[31]
sera probante .
Avant de lancer le processus d’essai et d’évaluation, le fournisseur/fabricant et l’utilisateur doivent
décider conjointement du plan d’essai, des fonctionnalités de la pièce à mesurer et analyser, de la
procédure, des conditions de l’essai et des valeurs caractéristiques. Dans la suite, toute mention
d’un accord fait référence à un accord entre le fournisseur/fabricant et l’utilisateur. Le processus
d’évaluation commence par la mise en température de la machine. Le réglage consécutif permet
d’ajuster les paramètres du processus d’usinage aux tolérances requises (par exemple, le centre de
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la zone de tolérance pour les caractéristiques présentant des tolérances bilatérales ou le zéro pour
une caractéristique à limite zéro). Les 50 pièces sont ensuite fabriquées en série et mesurées avec un
dispositif de mesure adapté. Lors de la dernière étape, les mesures obtenues font ensuite l’objet d’une
analyse statistique.
Si les indices d’aptitude à court terme ou les valeurs de plage et, le cas échéant, la dérive thermique
se situent en dehors des tolérances spécifiées, les raisons doivent être recherchées. Il peut s’agir
par exemple d’une défaillance identifiable par des valeurs aberrantes dans la carte de contrôle pour
observations individuelles (voir 6.7.3). Si des améliorations peuvent être apportées, cela doit être
implémenté et les essais doivent être répétés en totalité ou en partie.
La présente procédure est recommandée uniquement pour les machines de production en grande série
présentant une durée de cycle < 10 min.
Figure 1 — Procédure de base pour l’étude de l’aptitude à court terme
6.2 Accords
Avant de procéder à l’essai de réception réel, des accords entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur
sont nécessaires afin de garantir que :
a) la machine et le processus d’usinage appliqué sont évalués avec le minimum d’interférences
possible,
b) les exigences préalables qu’il est impossible de satisfaire en raison des différents paramètres
influents et du resserrement des tolérances entraîné par l’analyse statistique, sont écartées,
c) des accords contractuels peuvent être formulés entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur, qui
définissent l’étendue, la procédure et les facteurs d’évaluation de la réception, et
d) les tolérances qui font l’objet d’une étude d’aptitude à court terme sont identifiées en tenant compte
des coûts associés.
Les accords pertinents sont énumérés dans les formulaires fournis à l’Annexe B ; l’annexe D fournit
un exemple. Les conditions d’essai dans lesquelles la machine est évaluée doivent être négociées
entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur. Il s’agit notamment de la température ambiante et de
ses variations admissibles au cours de la période d’essai. Les limites fixées dépendent de la tâche de
fabrication, mais également de l’installation de la machine dans l’atelier de mécanique ou dans un
local climatisé. Les limites suivantes doivent être prises comme valeur par défaut pour les tâches de
fabrication normales : température ambiante, c’est-à-dire variation de température de ±3 °C pendant la
durée de l’essai ; gradient de température, c’est-à-dire variation maximum de +2 °C/h ou −2 °C/h.
L’objectif de l’essai de réception étant de démontrer l’aptitude à court terme, mais pas l’aptitude à long
terme qui est influencée par d’autres facteurs, une qualité définie et homogène des bruts hors dimension
doit être garantie. Le changement de série ne doit influencer ni la composition, ni les caractéristiques
du matériau. Une tolérance majorée doit faire l'objet d'un accord entre le fabricant/fournisseur et
l’utilisateur afin de limiter les écarts de déformation statique imputables à un effort de contre-pression
(composant de l’effort total d’enlèvement de matière perpendiculaire au plan de travail) pour différentes
majorations.
L’usinage des bruts peut avoir une influence directe (par ex., variation des dimensions usinées) et une
influence indirecte (par ex., variation de planéité des faces de maintien usinées) sur la dispersion des
fonctionnalités mesurées résultant du processus. Par conséquent, les tolérances pour l’usinage des
bruts doivent être compatibles avec l’aptitude à court terme requise pour le processus. En outre, il peut
être nécessaire de restreindre davantage les tolérances sur les bruts en fonction du processus et de la
séquence d’usinage.
Cinquante pièces doivent être fabriquées en série. La durée totale de fabrication ne doit pas dépasser
8 heures, ce qui correspond à une durée de fabrication admissible de 10 minutes par pièce. Dans
certaines circonstances où la durée de fabrication par pièce est plus longue, le fabricant/fournisseur
et l’utilisateur pourront convenir d’un nombre inférieur de pièces à usiner ; en tout état de cause, le
nombre de pièces ne doit pas être inférieur à 30. En cas de fabrication de pièces avec une faible durée de
cycle, on pourra négocier une durée totale de fabrication de 6 à 8 heures et la production de plus de 50
pièces avec le prélèvement d’échantillons dans ce lot de plus de 50 pièces, pour un total de 50 mesures
effectuées (taille de l’échantillon multipliée par le nombre d’échantillons).
En outre, le fabricant/fournisseur et l’utilisation doivent convenir de la technologie de fabrication et de
la procédure adéquate de mise en température avant de démarrer l’essai de réception, pour garantir
que la machine soit à l’équilibre thermique (voir 6.3 et 7.2).
La résolution et l’incertitude de mesure du dispositif de mesure doivent être prises en compte. On
vérifiera l’aptitude à court terme du dispositif de mesure. Généralement, l’étude de l’aptitude à court
terme comporte un examen de l’appareil de mesure, en y incluant l’influence de l’opérateur (voir 6.6).
En remplacement des indices d’aptitude à court terme C ou C , le fabricant/fournisseur et l’utilisateur
s sk
peuvent convenir d’évaluer les valeurs de plage R ou R . Le point A.2 apporte des informations
V,s V,sk
complémentaires sur la relation entre l’écart-type et les valeurs de plage. Les valeurs de plage tiennent
compte uniquement de la valeur la plus élevée et de la valeur la plus faible, et sont très susceptibles de
contenir des aberrations dans le jeu de données. Par conséquent, elles n’apportent pas suffisamment
d’informations sur le comportement du processus à l’intérieur des valeurs extrêmes. Si des valeurs
de plage sont utilisées, l’évaluation du processus à l’aide d’une carte de contrôle pour observations
individuelles, la carte de contrôle et l’histogramme sont donc particulièrement importants (voir 6.7).
NOTE La définition des indices d’aptitude à court terme ou des valeurs de plage présente une grande
importance sur le plan économique. D’une part, le respect d’exigences strictes peut garantir la fiabilité de la
production. Mais d’autre part, cela ne signifie pas nécessairement que les coûts de fabrication pourront être
réduits. Généralement, il faut dépenser davantage pour obtenir un indice élevé d’aptitude à court terme ou des
valeurs de plage moindres. Ce coût correspond à l’ajout de composants sur la machine (par exemple systèmes
de mesure directe, dispositifs de sondage) et de circuits de contrôle supplémentaires (par exemple contrôle
de mesure, compensation thermique) ou à l’adoption d’une méthode de fabrication plus coûteuse (par exemple
passage du tournage à la rectification).
Les valeurs requises doivent être spécifiées en tenant compte des possibilités techniques et de la
faisabilité économique. En ce sens, il n’est pas pertinent de définir des limites uniformes pour tous
les processus. La relation directe entre les indices d’aptitude à court terme et les tolérances requises
doivent être prises en compte tout particulièrement. Comme la démonstration de l’aptitude à court
terme apporte une garantie statistique relative au processus de fabrication, il convient de réexaminer
les tolérances actuelles fixées par le concepteur pour des raisons de sécurité. Le Tableau 1 fournit les
seuils recommandés pour l’étude de l’aptitude à court terme en fonction des indices actuels d’aptitude à
court terme. Dans certains cas, il peut s’avérer avantageux de conclure d’autres accords.
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À titre de base pour définir les limites recommandées, on tient compte du fait que pour une aptitude à
[[41]]
long terme avec des facteurs influents, il convient d'atteindre une valeur C d’au moins 1,33 . Une
s
description du calcul des valeurs caractéristiques est décrit en 6.7.
Pour certains processus ou fonctionnalités, le fournisseur/fabricant et l’utilisateur peuvent considérer
qu’il est approprié de ne pas tenir compte de la valeur C et de définir uniquement une valeur C . C’est
sk s
le cas par exemple si le paramétrage du processus est très complexe, mais ne pose pas de problème
dans son principe (voir 6. 4) ou si les fonctionnalités qui dépendent largement des outils d’enlèvement
de matière font l’objet d’un examen, par exemple le diamètre en cours de perçage, le fraisage conique et
l’alésage.
Tableau 1 — Valeurs recommandées pour les paramètres d’aptitude à court terme du processus
Processus/fonctionna- Notes
C C R R
lité s sk V,s V,sk
Processus ou fonctionna- ≥1,67 ≥1,67 — — Par exemple, diamètre ou longueur dans
lité normaux les processus non maîtrisés
Contrôle de mesure en — — ≤100 % ≤100 % On peut utiliser la pleine tolérance.
cours de processus
Valeurs de rugosité — — si néces- ≤80 % Bien souvent, il existe uniquement une
saire ≤80 % limite supérieure ; par conséquent, seule la
valeur R est spécifiée.
V,sk
Tolérance à limite unila- — ≥1,67 — ≤60 % Le fabricant/fournisseur et l’utilisateur
térale doivent déterminer laquelle des deux
valeurs caractéristiques doit être utilisée
pour la réception.
Autres processus ou ≥1,67 ≥1,67 ≤60 % ≤60 % Le fabricant/fournisseur et l’utilisateur
fonctionnalité spéciaux doivent déterminer quelles valeurs, à
(par exemple, contrôle
savoir C et C ou R et R , sont
s sk
V,sk
V,s
de mesure)
pertinentes pour la réception.
Des limites d’action pour l’algorithme de contrôle doivent être définies pour l’application d’un contrôle
de mesure en cours de processus. Par exemple, ces limites présentent une marge de sécurité de 10 %
à 20 % vers les limites de tolérance. Dans ce cas, l’aptitude à court terme est démontrée si toutes les
valeurs se situent à l’intérieur des limites de tolérance.
Habituellement, les valeurs de rugosité ne sont pas très diffuses. Les résultats présentent donc un seuil
de confiance élevé contre le franchissement d’une limite. Dans ce cas, il suffit de maintenir une marge
de sécurité de 10 % de la tolérance vers la limite de tolérance. Comme la position de la zone de mesure
sur la surface de la pièce exerce une forte influence sur la valeur de rugosité, il est conseillé de répéter
la mesure à différents endroits sur certaines pièces, et si nécessaire, de calculer la moyenne des valeurs
mesurées.
Les fonctionnalités à tolérance unilatérale doivent être évaluées uniquement sur leurs paramètres
critiques. Le fournisseur/fabricant et l’utilisateur doivent déterminer si la valeur pertinente pour la
réception est C ou R .
sk V,sk
Pour les autres processus et fonctionnalités spéciaux, le fournisseur/fabricant et l’utilisateur doivent
s'accorder au cas par cas sur la pertinence des valeurs caractéristiques. Par exemple, dans le cas d’une
machine multibroche réalisant plusieurs pièces simultanément ou si l’on utilise plusieurs dispositifs de
maintien identiques, il est pertinent d’utiliser une valeur C calculée à l’aide de la valeur d’estimation de
s
ˆ
l’écart-type σ [voir Equation (6)]. Le nombre de valeurs par broche ou dispositif doit être un multiple
entier du nombre de valeurs par groupe, afin d’éviter de mélanger les résultats des différentes broches
ou des différents dispositifs de maintien. Cette procédure est similaire à celle suivie pour évaluer
séparément les pièces à usiner de chaque broche ou de chaque dispositif de maintien. En complément,
pour garantir que toutes les pièces sont à l’intérieur des valeurs de tolérance, la valeur de plage R
V,s
calculée à partir de toutes les pièces doit être comprise entre des limites. Si ces deux conditions ne sont
pas réunies, examiner séparément chaque broche ou dispositif de maintien pour identifier les causes et
les raisons respectives. En fonction du nombre de dispositifs de maintien examinés et de la charge de
travail pour la production d’une pièce, il peut s’avérer utile de lancer un cycle de production de réglage
avec deux ou trois pièces par dispositif de maintien afin de déterminer la répartition et d’ajuster la
surface de contact de la pièce. Les pièces échantillons destinées à l’étude peuvent être prélevées sur un
même dispositif de maintien.
La tendance admissible maximale imputable à la dérive thermique dépend de la méthode de fabrication,
des dimensions de la machine ainsi que des conditions de production et ambiantes. Au cours de la phase
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de mise en température, une tendance imputable à la dérive thermique jusqu’à 40 µm/h peut être
envisagée. Comme indiqué au 6.3, cette tendance est souvent de moindre importance pour les machines
soumises à des essais d’aptitude à court terme. Par conséquent, le fabricant/fournisseur et l’utilisateur
doivent s’accorder sur ce point uniquement si cela s’avère pertinent pour la réception, au cas par cas.
6.3 Procédure de mise en température
Il convient de planifier une procédure de mise en température pour l’essai d’aptitude à court terme,
pour garantir que la machine fonctionne à l’équilibre thermique. Si malgré tout, la tendance imputable
à la dérive thermique revêt une importance particulière pour l’utilisateur ou s’il est impossible de
prolonger la période de mise en température jusqu’à atteindre l’équilibre thermique de la machine, le
fabricant/fournisseur et l’utilisateur doivent convenir d’une tendance admissible avant de lancer l’essai,
et cette tendance sera prise en compte pour l’analyse.
Pour les petites séries, la déformation thermoélastique imputable à une production mixte ou
interrompue présente une plus grande importance pour le comportement thermique de la machine.
Ce comportement peut être évalué à l’aide d’autres méthodes d’essai, notamment par essai thermique
direct (par exemple selon l'ISO 230-3) ou à l’aide d’un essai d’usinage adapté.
6.4 Réglage
Le cycle de réglage permet d’ajuster le processus par rapport à la valeur ciblée (ou la valeur privilégiée
ou la valeur de référence) d’une caractéristique. La valeur ciblée peut être égale au centre de la zone de
tolérance pour les fonctionnalités présentant une tolérance bilatérale ou à zéro pour les fonctionnalités
à limite zéro. L'article A.3 présente les effets du réglage sur la tolérance résiduelle. Si la valeur moyenne
n’est pas au centre de la zone de tolérance, la zone résiduelle que la production peut utiliser est limitée.
Cela signifie par exemple que pour un déplacement de la valeur moyenne d’un quart de la tolérance et
avec une exigence de 1,67 pour la valeur C , la zone résiduelle 6s (c’est-à-dire approximativement la
sk
plage admissible maximale) correspond à seulement 30 % de la tolérance.
Il convient que la précision de la valeur définie pour le régalage du processus dépende, entre autres
facteurs, de la façon dont varient pour chaque cas l’ampleur du travail impliqué et l’importance de
la position de la valeur moyenne. Par exemple, on peut considérer que maintenir la valeur moyenne
au centre de la zone de tolérance prend du temps, mais reste en principe possible sans difficulté
particulière. Dans ce cas, il peut être utile de définir le processus pour que la valeur moyenne soit au
centre de la zone de tolérance approximativement seulement, et de décider que le critère de réception
porte uniquement sur l’indice d’aptitude à court terme C ou sur la valeur de plage R .
s V,s
Les bruts doivent être fournis fournis au niveau de qualité requis et être à la température ambiante
de l’atelier. Le processus ne doit pas utiliser d’outil de coupe sans revêtement à l’état neuf, car ce type
d’outil connaît une forte usure initiale. Outre les conséquences sur les dimensions de la pièce, cette
usure initiale élevée augmente sensiblement l’effort d’enlèvement de matière. Pour cette raison, s’il faut
utiliser un outil de coupe sans revêtement à l’état neuf, quelques cycles d’enlèvement de matière doivent
être réalisés avant de lancer le réglage.
Si l’on évalue la tendance imputable à la dérive thermique, la tendance imputable à l’usure de l’outil
doit être déterminée. Cela peut être déterminé au vu de l’expérience antérieure dans des conditions
similaires d’enlèvement de matière, ou par mesure à l’aide d’un microscope ou d’un instrument à
palpeur de contact. En règle générale, il suffit de disposer d’une hypothèse d’usure linéaire de l’outil
et de mesurer l’outil avant et après l’essai de réception, étant donné qu’on n’utilise pas l’outil à l’état
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neuf. S’il est établi que la durée de vie de l’outil est largement supérieure à la durée de fabrication en
utilisant les paramètres de fabrication appliqués au cours de l’essai de réception, on pourra renoncer à
l’évaluation d’usure de l’outil.
6.5 Production
Les pièces doivent être fabriquées successivement, sans interruption. Étant donné que tout changement
de méthode et de durée de fabrication affecte le processus et donc fausse le comportement réel du
processus, la fabrication des pièces doit être continue. Les perturbations au cours du processus de
fabrication, notamment les vibrations des fondations (sol), les écarts de température et les vibrations
de la machine-outil, peuvent être enregistrées pour faciliter l’interprétation ultérieure des données de
mesure, et si nécessaire, justifier la réalisation d’un nouvel essai.
Si la machine-outil intègre un contrôle de mesure ou un
...