ISO 13041-3:2009
(Main)Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres — Part 3: Geometric tests for machines with inverted vertical workholding spindles
Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres — Part 3: Geometric tests for machines with inverted vertical workholding spindles
ISO 13041-3:2009 specifies, with reference to ISO 230-1 and ISO 230-7, the geometric tests on general‑purpose, numerically controlled (NC) turning machines and turning centres with inverted vertical workholding spindles, as well as the corresponding applicable tolerances. It presents the different concepts or configurations and common features of NC turning machines and turning centres with inverted vertical spindles. It also provides a terminology and designation of controlled axes. ISO 13041-3:2009 deals only with the verification of the accuracy of the machine. It does not apply to the operational testing of the machine (e.g. vibration, abnormal noise, stick-slip motion of components), nor to machine characteristics (e.g. speeds, feeds), as such checks are generally carried out before testing accuracy.
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de tournage — Partie 3: Essais géométriques pour les machines à broches verticales inversées
L'ISO 13041-3:2009 spécifie, en faisant référence à l'ISO 230-1 et à l'ISO 230-7, les essais géométriques relatifs aux tours et aux centres de tournage à commande numérique à une ou plusieurs broches verticales inversées. Elle spécifie également les tolérances applicables correspondant à ces essais. Elle précise différents concepts ou configurations ainsi que les caractéristiques communes des tours et des centres de tournage à une ou plusieurs broches verticales inversées à commande numérique. Elle fournit également une terminologie et une désignation des axes commandés. L'ISO 13041-3:2009 traite uniquement de la vérification de l'exactitude de la machine. Elle ne traite ni de l'examen du fonctionnement de la machine (par exemple vibrations, bruit anormal, broutage dans les déplacements d'organes) ni de celui des caractéristiques de cette dernière (par exemple vitesses, avances), dans la mesure où ces examens précèdent généralement celui de l'exactitude.
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13041-3
First edition
2009-03-01
Test conditions for numerically controlled
turning machines and turning centres —
Part 3:
Geometric tests for machines with
inverted vertical workholding spindles
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de
tournage —
Partie 3: Essais géométriques pour les machines à broches verticales
inversées
Reference number
ISO 13041-3:2009(E)
©
ISO 2009
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ISO 13041-3:2009(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 13041-3:2009(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope .1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Preliminary remarks .2
4.1 Measuring units .2
4.2 Reference to ISO 230-1 and ISO 230-7 .3
4.3 Machine levelling.3
4.4 Testing sequence .3
4.5 Tests to be performed.3
4.6 Measuring instruments .3
4.7 Diagrams .3
4.8 Software compensation .3
4.9 Minimum tolerance.3
4.10 Machine classifications, descriptions, terminology and designation of axes.3
4.11 Turrets .8
4.12 Machine size categories .8
5 Geometric tests.9
5.1 Workholding spindle(s).9
5.2 Relation between workholding spindle(s) and linear axes of motion.11
5.3 Angular deviations of linear axis motion .14
5.4 Turret and power-driven tools.20
5.5 Swivelling workholding spindle head .28
6 Tests for checking accuracy of axes of rotation.29
6.1 Rotational accuracy of workholding spindle.29
6.2 Rotational accuracy of tool spindle.31
Annex A (informative) Three-point measuring method.33
Bibliography.35
© ISO 2009 – All rights reserved iii
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ISO 13041-3:2009(E)
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 13041-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
ISO 13041 consists of the following parts, under the general title Test conditions for numerically controlled
turning machines and turning centres:
⎯ Part 1: Geometric tests for machines with a horizontal workholding spindle
⎯ Part 2: Geometric tests for machines with a vertical workholding spindle
⎯ Part 3: Geometric tests for machines with inverted vertical workholding spindles
⎯ Part 4: Accuracy and repeatability of positioning of linear and rotary axes
⎯ Part 5: Accuracy of feeds, speeds and interpolations
⎯ Part 6: Accuracy of a finished test piece
⎯ Part 7: Evaluation of contouring performance in the coordinate planes
⎯ Part 8: Evaluation of thermal distortions
iv © ISO 2009 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13041-3:2009(E)
Test conditions for numerically controlled turning machines
and turning centres —
Part 3:
Geometric tests for machines with inverted vertical
workholding spindles
1 Scope
ISO 13041-3:2008 specifies, with reference to ISO 230-1 and ISO 230-7, the geometric tests on
general-purpose, numerically controlled (NC) turning machines and turning centres with inverted vertical
workholding spindles, as well as the corresponding applicable tolerances.
This part of ISO 13041 presents the different concepts or configurations and common features of NC turning
machines and turning centres with inverted vertical spindles. It also provides a terminology and designation of
controlled axes. (See Figures 1, 2, 3 and 4.)
This part of ISO 13041 deals only with the verification of the accuracy of the machine. It does not apply to the
operational testing of the machine (e.g. vibration, abnormal noise, stick-slip motion of components), nor to
machine characteristics (e.g. speeds, feeds), as such checks are generally carried out before testing accuracy.
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 230-7:2006, Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
turning machine
machine tool in which the principle movement is on the rotation of the workpiece against the stationary cutting
tool(s)
3.2
manual control
mode of operation where each movement of the machine is individually initiated and controlled by the operator
© ISO 2009 – All rights reserved 1
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ISO 13041-3:2009(E)
3.3
numerical control
NC
computerized numerical control
CNC
automatic control of a process performed by a device that makes use of numerical data introduced while the
operation is in progress
[ISO 2806:1994]
3.4
manually controlled turning machine
turning machine whose process steps for the machining are controlled or started by an operator without
support by an NC-machining program
3.5
numerically controlled turning machine
NC turning machine
turning machine that operates under numerical control (NC) or computerized numerical control (CNC)
3.6
turning centre
NC turning machine equipped with power-driven tool(s) and the capacity to orientate the work-holding spindle
around its axis.
NOTE It can include additional features such as automatic tool changing from a turret and/or magazine.
3.7
numerically controlled turning machine with inverted vertical workholding spindle
NC turning machine with inverted vertical workholding spindle
NC turning machine where the workpiece is mounted on an inverted vertical workholding spindle equipped
with a workholding device at the lower end of the workholding spindle.
NOTE For other types of vertical workholding spindle machine, see ISO 13041-2.
3.8
turning centre with inverted vertical workholding spindle
turning centre having an inverted vertical workholding spindle equipped with a workholding device at the lower
end of the vertical workholding spindle.
NOTE 1 It can include additional features such as automatic tool changing from a magazine or Y-axis motion.
NOTE 2 For other types of vertical workholding spindle turning centre, see ISO 13041-2.
4 Preliminary remarks
4.1 Measuring units
In this part of ISO 13041, all linear dimensions, deviations and corresponding tolerances are expressed in
millimetres, angular dimensions are expressed in degrees, and angular deviations and the corresponding
tolerances are expressed in ratios, but in some cases microradians or arcseconds may be used for
clarification purposes. The equivalence of the following expressions should always be kept in mind:
−6
0,010/1 000 = 10 × 10 = 10 µrad ≈ 2 arcsec
2 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 13041-3:2009(E)
4.2 Reference to ISO 230-1 and ISO 230-7
For application of this part of ISO 13041, reference shall be made to ISO 230-1 or ISO 230-7, especially for
the installation of the machine before testing, warming-up of spindles and other moving parts, the description
of measuring methods, and recommended accuracy of testing equipment.
In the “Observations” block of tests described in Clauses 5 and 6, the instructions are preceded by a reference
to the corresponding clause/subclause in ISO 230-1 and/or ISO 230-7 in cases where the test concerned is in
compliance with their specifications. Tolerances are given for each geometric test (see G1 to G20).
4.3 Machine levelling
Prior to conducting tests on a machine, the machine should be levelled according to the recommendations of
the supplier/manufacturer (see ISO 230-1:1996, 3.11).
4.4 Testing sequence
The sequence in which the geometric tests are given in no way defines the practical order of testing. In order
to make the mounting of instruments or gauging easier, tests may be performed in any order.
4.5 Tests to be performed
When testing a machine, it is not always necessary or possible to carry out all the tests given in this part of
ISO 13041. When the tests are required for acceptance purposes, the choice of tests relating to the
components and/or the properties of the machine of interest is at the discretion of the user, in agreement with
the supplier/manufacturer. The tests to be used are to be clearly stated when ordering a machine. A mere
reference to this part of ISO 13041 for the acceptance tests, without specifying the tests to be carried out, and
without agreement on the relevant expenses, cannot be considered as binding for any contracting party.
4.6 Measuring instruments
The measuring instruments indicated in relation to the tests given in Clauses 5 and 6 are examples only.
Other instruments measuring the same quantities and having at least the same measurement uncertainty and
the same resolution may be used. Linear displacement sensors shall have a resolution of 0,001 mm or better.
4.7 Diagrams
For reasons of simplification, the figures in Clauses 5 and 6 of this part of ISO 13041 illustrate only one type of
machine.
4.8 Software compensation
When built-in software facilities are available for compensating geometric, positioning, contouring and thermal
deviations, their use during these tests should be based on agreement between the user and the
supplier/manufacturer. When the software compensation is used, this shall be stated in the test reports.
4.9 Minimum tolerance
When the tolerance for a geometric test is established for a measuring length different from that given in this
part of ISO 13041 (see ISO 230-1:1996, 2.311), it shall be taken into consideration that the minimum value of
tolerance is 0,005 mm.
4.10 Machine classifications, descriptions, terminology and designation of axes
The machines considered in this part of ISO 13041 are divided into three basic configurations, as shown in
Figure 1.
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ISO 13041-3:2009(E)
This type of machine tool may also be considered as a machining unit in an FMS (flexible manufacturing
system).
a) Basic configuration b) Workhead with B axis
c) Turret with Y axis
Figure 1 — Three machine configurations with one workhead and one turret
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ISO 13041-3:2009(E)
For the component nomenclature, refer to Table 1.
Figure 2 — Example of inverted vertical turning machine
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ISO 13041-3:2009(E)
For the component nomenclature, refer to Table 1.
Figure 3 — Example of inverted vertical turning centre (turret head with Y-axis motion)
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ISO 13041-3:2009(E)
For the component nomenclature, refer to Table 1.
Figure 4 — Example of inverted vertical turning centre (spindle with Y-axis motion)
Table 1 — Component nomenclature (see Figures 2, 3 and 4)
Designation
Item
number
English French German
1 base base Maschinenbett
2 column montant Maschninenständer
3 cross rail traverse porte-chariot Querführung
4 carriage, X axis Schlitten, X Achse
chariot, axe X
5 carriage, Y axis chariot, axe Y Schlitten, Y Achse
workholding spindle head stock glissière de la poupée fixe de la
6 Werkstückspindelkastenführung
slideway
broche
7 workholding spindle head stock, Z axis poupée fixe de la broche, axe Z Werkstückspindelkasten, Z Achse
8 workholding spindle broche porte-pièce Werkstückspindel
9 turret head porte-tourelle Revolverkopf
10 turret Revolver
tourelle
11 turret head carriage, Y axis chariot du porte-tourelle, axe Y Revolverkopfschlitten, Y Achse
12 turret head slideway coulisseau du porte-tourelle Revolverkopfführung
13 tool plate plateau à outils Werkzeugspannplatte
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ISO 13041-3:2009(E)
4.11 Turrets
Vertical turning centres have not only stationary tools but also power-driven rotary tools, which are fitted on
the turret or tool plate (item 13 in Figures 2, 3 and 4). When the number of tools expected to be used exceeds
the capacity of the turret, an automatic change of tools in the turret, or a change of turret, can be provided. An
automatic tool change device can also be required in cases of power-driven spindles in which the tools can be
automatically set. However, ISO 13041 does not provide any test methods for automatic tool change
operations.
4.12 Machine size categories
Machines are classified into three size categories, on the basis of the criteria specified in Table 2.
Table 2 — Machine size range
Criteria Category 1 Category 2 Category 3
Nominal chuck diameter, d d u 250 250 < d u 400 400 < d
Maximum turning diameter, D D u 315 315 < D u 500 500 < D
NOTE 1 The choice of criteria is at the manufacturer's discretion.
NOTE 2 Nominal chuck diameter is defined in ISO 3442-1 and ISO 3442-2.
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ISO 13041-3:2009(E)
5 Geometric tests
5.1 Workholding spindle(s)
Object
G1
Checking of the workholding spindle nose:
a) run-out of centring diameter;
b) face run-out of the spindle face.
Diagram
Tolerance Measured deviation
Category 1 Category 2 Category 3
a) 0,005 0,008 0,012
b) 0,008 0,010 0,015
Measuring instruments
Linear displacement sensor
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.612.2, 5.632
Measurements shall be taken on all workholding spindles.
a) 5.612.2
When the surface is conical, the stylus of the linear displacement sensor shall be normal to the
contacting surface.
b) 5.632
Measurements shall be taken on the maximum diameter.
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ISO 13041-3:2009(E)
Object
G2
Checking the run-out of the workholding spindle bore
a) at the spindle nose,
b) at a distance of 300 mm from the spindle nose.
See also Test R1.
Diagram
Tolerance Measured deviation
Category 1 Category 2 Category 3
a) 0,010 0,015 0,020
b) 0,015 0,020 0,025
Measuring instruments
Linear displacement sensor and special test mandrel
Observations and references to the ISO 230-1, 5.612.3
Rotate the spindle slowly at least two revolutions at each measuring location when measuring the spindle
run-out.
The measurements shall be repeated at least four times, the mandrel being rotated through 90° in relation to
the spindle. The average of the readings shall be recorded.
Steps should be taken to minimize the effects of tangential drag upon the stylus of the measuring instrument.
Measurements shall be performed on all workholding spindles.
10 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 13041-3:2009(E)
5.2 Relation between workholding spindle(s) and linear axes of motion
Object
G3
Checking the parallelism between the Z-axis motion and the workholding spindle axis of
rotation
a) in the ZX plane,
b) in the YZ plane.
Diagram
Tolerance
Measured deviation
For a measuring length of 300 or full stroke up to 300
Category 1 Category 2 Category 3
a) 0,010 0,015 0,020
b) 0,015 0,020 0,025
Measuring instruments
Linear displacement sensor and special test mandrel
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.412.1, 5.422.3
For each plane of measurement, turn the workholding spindle to find the mean position of run-out and then
move the spindle head in the Z direction and take the maximum difference of the readings.
Alternatively, take readings along the test mandrel at a rotary position and then rotate the spindle by 180°,
taking readings at the initial positions. The maximum difference between the two averaged measurements
gives the parallelism deviation.
This test applies to all workholding spindles and Z-axis motions.
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ISO 13041-3:2009(E)
Object
G4
Checking the squareness between the Z-axis motion and the X-axis motion in the ZX plane.
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a measuring length of 300 or full stroke up to 300
Category 1 Category 2 Category 3
0,010 0,015 0,020
Measuring instruments
Linear displacement sensor, square and special plate
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.522.1, 5.522.4
Set the square on a special plate fixed to the tool plate or turret parallel to the X-axis motion. Mount the
linear displacement sensor on the nose of the workholding spindle locked to contact the measuring Z-axis
surface of the square, and traverse the workholding spindle head in the Z-axis direction. Preferably, mount
the linear displacement sensor on the spindle housing to avoid locking the spindle.
The squareness deviation is the maximum difference of the linear displacement sensor readings.
12 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 13041-3:2009(E)
Object
G5
Checking the squareness between the Z-axis motion and the Y-axis motion in the YZ plane.
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a measuring length of 300 or full stroke up to 300:
Category 1 Category 2 Category 3
0,015 0,020 0,025
Measuring instruments
Linear displacement sensor, square and special plate
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.522.1, 5.522.4
Set the square on a special plate fixed to the tool plate or turret parallel to the Y-axis motion. Mount the
linear displacement sensor on the nose of the workholding spindle locked on and in contact with the
measuring Z-axis surface of the square, with the workholding spindle head traversed in the Z-axis direction.
Preferably, mount the linear displacement sensor on the spindle housing to avoid locking the spindle.
The squareness deviation is the maximum difference of the linear displacement sensor readings.
© ISO 2009 – All rights reserved 13
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ISO 13041-3:2009(E)
5.3 Angular deviations of linear axis motion
Object
G6
Checking the angular deviations of the Z-axis motion
a) in the YZ plane, EAZ,
b) in the ZX plane, EBZ.
NOTE The test applies only within the machining area and does not include the auxiliary operation area.
Diagram
Key
1 measuring level 3 laser head 5 beam bender
2 reference level 4 interferometer 6 reflectors
Tolerance Measured deviation
For a) and b), for Z-axis travel of up to 500:
0,040/1 000
Measuring instruments
Precision level and special plate, laser measuring equipment or autocollimator
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Set the precision level on the special plate fixed to the spindle nose horizontally.
Bidirectional measurements shall be carried out at a minimum of three positions equally spaced along the
direction of travel in both directions of motion.
The difference between the maximum and minimum readings is the angular deviation.
14 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 13041-3:2009(E)
Object
G7
Checking the angular deviations of the X-axis motion
a) in the ZX plane, EBX (pitch),
b) in the YZ plane, EAX (roll),
c) in the XY plane, ECX (yaw).
NOTE The test applies only within the machining area.
Diagram
Key
1 measuring level 3 laser head 5 beam bender
2 reference level 4 interferometer 6 reflectors
Tolerance Measured deviation
For a), b), and c), for X-axis travel of up to 500:
0,040/1 000
Measuring instruments
a) Precision level or autocollimator and reflector or laser measuring equipment
b) Precision level
c) Autocollimator and reflector or laser measuring equipment
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Measurements shall be carried out at the minimum of three positions equally spaced along the X-axis travel
in both directions of motion.
The difference between the maximum and minimum readings is the angular deviation.
© ISO 2009 – All rights reserved 15
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ISO 13041-3:2009(E)
Object
G8
Checking the angular deviations of the Y-axis motion
a) in the YZ plane, EAY (pitch),
b) in the ZX plane, EBY (roll),
c) in the XY plane, ECY (yaw).
Diagram
Key
1 measuring level 3 laser head 5 beam bender
2 reference level 4 interferometer 6 reflectors
Tolerance Measured deviation
For a), b), and c), for Y-axis travel of up to 500:
0,1/1 000
Measuring instruments
a) Precision level, autocollimator or laser measuring equipment, special plate
b) Precision level, special plate
c) Autocollimator or laser measuring equipment, special plate
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Set the measuring equipment (precision level, reflector) on the special plate fixed to the tool plate or turret,
and fix a second plate to the spindle nose. Measurements shall be carried out at a minimum of three
positions equally spaced along the direction of travel in both directions of motion.
The difference between the maximum and minimum readings is the angular deviation.
16 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO 13041-3:2009(E)
Object
G9
Checking the straightness of the X-axis motion
a) in the vertical ZX plane, EZX,
b) in the horizontal XY plane, EYX.
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a) and b):
0,02 over a measuring length of 300
Measuring instruments
For a) and b), straightedge, adjustable block and linear displacement sensor or optical equipment
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.212.11 and 5.232.11
If the tool turret is movable in the Y-axis direction, position it such that the workholding spindle axis average
line is in line with the tool turret pocket. Lock the spindle headstock in position near the tool turret. Place the
straightness reference (straightedge, straightness reflector, alignment telescope) on the tool turret parallel to
the X-axis motion.
NOTE “Parallel” in this context means that the readings at both ends of the movement give the same value and that
in this case the maximum difference of the readings gives the straightness deviation.
Mount the linear displacement sensor, the interferometer or the target on the spindle near to the position of
the workpiece. For machines utilizing tooling blocks mounted on the tool plate, requiring an extra-long X-axis
stroke, a shorter straightedge may be mounted on the work spindle with the linear displacement sensor
mounted on the tool turret and tool plate. In this setup, the re-staging of the linear displacement sensor is
necessary when the end of the straightedge is reached. This method could be more practical for covering the
entire travel range than the mounting of a very long straightedge cantilevered on the tool turret.
© ISO 2009 – All rights reserved 17
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ISO 13041-3:2009(E)
Object
G10
Checking the straightness of Z-axis motion
a) in the XZ plane, EXZ,
b) in the YZ plane, EYZ.
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a) and b):
0,02 over a measuring length of 300
Measuring instruments
For a) and b), precision square, adjustable block and linear displacement sensor or optical equipment
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.212.11, 5.232.11
The straightness reference (straightness reflector, alignment telescope) shall be placed on the tool turret
parallel to the Z-axis movement.
NOTE “Parallel” in this context means that the readings at both ends of the movement give the same value and that
in this case the maximum difference of the readings
...
FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 13041-3
ISO/TC 39/SC 2
Test conditions for numerically controlled
Secretariat: ANSI
turning machines and turning centres —
Voting begins on:
2008-10-27
Part 3:
Geometric tests for machines with
Voting terminates on:
2008-12-27
inverted vertical workholding spindles
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de
tournage —
Partie 3: Essais géométriques pour les machines à broches verticales
inversées
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPORT-
ING DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
©
ISO 2008
NATIONAL REGULATIONS.
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
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ii © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
Contents Page
Foreword. iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Preliminary remarks . 2
4.1 Measuring units . 2
4.2 Reference to ISO 230-1 and ISO 230-7. 3
4.3 Machine levelling . 3
4.4 Testing sequence. 3
4.5 Tests to be performed . 3
4.6 Measuring instruments . 3
4.7 Diagrams. 3
4.8 Software compensation . 3
4.9 Minimum tolerance . 3
4.10 Machine classifications, descriptions, terminology and designation of axes . 3
4.11 Turrets. 8
4.12 Machine size categories. 8
5 Geometric tests. 9
5.1 Workholding spindle(s). 9
5.2 Relation between workholding spindle(s) and linear axes of motion . 11
5.3 Angular deviations of linear axis motion . 14
5.4 Turret and power-driven tools. 20
5.5 Swivelling workholding spindle head. 28
6 Tests for checking accuracy of axes of rotation . 29
6.1 Rotational accuracy of workholding spindle . 29
6.2 Rotational accuracy of tool spindle. 31
Annex A (informative) Three-point measuring method. 33
Bibliography . 35
© ISO 2008 – All rights reserved iii
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
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 13041-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
ISO 13041 consists of the following parts, under the general title Test conditions for numerically controlled
turning machines and turning centres:
⎯ Part 1: Geometric tests for machines with a horizontal workholding spindle
⎯ Part 2: Geometric tests for machines with a vertical workholding spindle
⎯ Part 3: Geometric tests for machines with inverted vertical workholding spindles
⎯ Part 4: Accuracy and repeatability of positioning of linear and rotary axes
⎯ Part 5: Accuracy of feeds, speeds and interpolations
⎯ Part 6: Accuracy of a finished test piece
⎯ Part 7: Evaluation of contouring performance in the coordinate planes
⎯ Part 8: Evaluation of thermal distortions
iv © ISO 2008 – All rights reserved
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
Test conditions for numerically controlled turning machines
and turning centres —
Part 3:
Geometric tests for machines with inverted vertical
workholding spindles
1 Scope
ISO 13041-3:2008 specifies, with reference to ISO 230-1 and ISO 230-7, the geometric tests on
general-purpose, numerically controlled (NC) turning machines and turning centres with inverted vertical
workholding spindles, as well as the corresponding applicable tolerances.
This part of ISO 13041 presents the different concepts or configurations and common features of NC turning
machines and turning centres with inverted vertical spindles. It also provides a terminology and designation of
controlled axes. (See Figures 1, 2, 3 and 4.)
This part of ISO 13041 deals only with the verification of the accuracy of the machine. It does not apply to the
operational testing of the machine (e.g. vibration, abnormal noise, stick-slip motion of components), nor to
machine characteristics (e.g. speeds, feeds), as such checks are generally carried out before testing accuracy.
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 230-7:2006, Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
turning machine
machine tool in which the principle movement is on the rotation of the workpiece against the stationary cutting
tool(s)
3.2
manual control
mode of operation where each movement of the machine is individually initiated and controlled by the operator
© ISO 2008 – All rights reserved 1
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
3.3
numerical control
NC
computerized numerical control
CNC
automatic control of a process performed by a device that makes use of numerical data introduced while the
operation is in progress
[ISO 2806:1994]
3.4
manually controlled turning machine
turning machine whose process steps for the machining are controlled or started by an operator without
support by an NC-machining program
3.5
numerically controlled turning machine
NC turning machine
turning machine that operates under numerical control (NC) or computerized numerical control (CNC)
3.6
turning centre
NC turning machine equipped with power-driven tool(s) and the capacity to orientate the work-holding spindle
around its axis.
NOTE It can include additional features such as automatic tool changing from a turret and/or magazine.
3.7
numerically controlled turning machine with inverted vertical workholding spindle
NC turning machine with inverted vertical workholding spindle
NC turning machine where the workpiece is mounted on an inverted vertical workholding spindle equipped
with a workholding device at the lower end of the workholding spindle.
NOTE For other types of vertical workholding spindle machine, see ISO 13041-2.
3.8
turning centre with inverted vertical workholding spindle
turning centre having an inverted vertical workholding spindle equipped with a workholding device at the lower
end of the vertical workholding spindle.
NOTE 1 It can include additional features such as automatic tool changing from a magazine or Y-axis motion.
NOTE 2 For other types of vertical workholding spindle turning centre, see ISO 13041-2.
4 Preliminary remarks
4.1 Measuring units
In this part of ISO 13041, all linear dimensions, deviations and corresponding tolerances are expressed in
millimetres, angular dimensions are expressed in degrees, and angular deviations and the corresponding
tolerances are expressed in ratios, but in some cases microradians or arcseconds may be used for
clarification purposes. The equivalence of the following expressions should always be kept in mind:
−6
0,010/1 000 = 10 × 10 = 10 µrad ≈ 2 arcsec
2 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
4.2 Reference to ISO 230-1 and ISO 230-7
For application of this part of ISO 13041, reference shall be made to ISO 230-1 or ISO 230-7, especially for
the installation of the machine before testing, warming-up of spindles and other moving parts, the description
of measuring methods, and recommended accuracy of testing equipment.
In the “Observations” block of tests described in Clauses 5 and 6, the instructions are preceded by a reference
to the corresponding clause/subclause in ISO 230-1 and/or ISO 230-7 in cases where the test concerned is in
compliance with their specifications. Tolerances are given for each test (see G1 to G20 and R1 to R2).
4.3 Machine levelling
Prior to conducting tests on a machine, the machine should be levelled according to the recommendations of
the supplier/manufacturer (see ISO 230-1:1996, 3.11).
4.4 Testing sequence
The sequence in which the geometric tests are given in no way defines the practical order of testing. In order
to make the mounting of instruments or gauging easier, tests may be performed in any order.
4.5 Tests to be performed
When testing a machine, it is not always necessary or possible to carry out all the tests given in this part of
ISO 13041. When the tests are required for acceptance purposes, the choice of tests relating to the
components and/or the properties of the machine of interest is at the discretion of the user, in agreement with
the supplier/manufacturer. The tests to be used are to be clearly stated when ordering a machine. A mere
reference to this part of ISO 13041 for the acceptance tests, without specifying the tests to be carried out, and
without agreement on the relevant expenses, cannot be considered as binding for any contracting party.
4.6 Measuring instruments
The measuring instruments indicated in relation to the tests given in Clauses 5 and 6 are examples only.
Other instruments measuring the same quantities and having at least the same measurement uncertainty and
the same resolution may be used. Linear displacement sensors shall have a resolution of 0,001 mm or better.
4.7 Diagrams
For reasons of simplification, the figures in this part of ISO 13041 illustrate only one type of machine.
4.8 Software compensation
When built-in software facilities are available for compensating geometric, positioning, contouring and thermal
deviations, their use during these tests should be based on agreement between the user and the
supplier/manufacturer. When the software compensation is used, this shall be stated in the test reports.
4.9 Minimum tolerance
When the tolerance for a geometric test is established for a measuring length different from that given in this
part of ISO 13041 (see ISO 230-1:1996, 2.311), it shall be taken into consideration that the minimum value of
tolerance is 0,005 mm.
4.10 Machine classifications, descriptions, terminology and designation of axes
The machines considered in this part of ISO 13041 are divided into three basic configurations, as shown in
Figure 1.
This type of machine tool may also be considered as a machining unit in an FMS (flexible manufacturing
system).
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
a) Basic configuration b) Workhead with B axis
c) Turret with Y axis
Figure 1 — Three machine configurations with one workhead and one turret
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
For the component nomenclature, refer to Table 1.
Figure 2 — Example of inverted vertical turning machine
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
For the component nomenclature, refer to Table 1.
Figure 3 — Example of inverted vertical turning machine (turret head with Y-axis motion)
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
For the component nomenclature, refer to Table 1.
Figure 4 — Example of inverted vertical turning machine (spindle with Y-axis motion)
Table 1 — Component nomenclature (see Figures 2, 3 and 4)
Designation
Item number
English French German
1 base Maschinenbett
base
2 column montant Maschninenständer
3 cross rail traverse porte-chariot Querführung
4 carriage, X axis chariot, axe X Schlitten, X Achse
5 carriage, Y axis Schlitten, Y Achse
chariot, axe Y
6 carriage, Z axis chariot, axe Z Schlitten, Z Achse
7 workholding spindle head stock poupée fixe de la broche Spindelkasten
8 workholding spindle broche porte-pièce Werkstückspindel
9 turret head porte-tourelle Revolverkopf
10 turret tourelle Revolver
11 turret head carriage chariot du porte-tourelle Revolverkopfschlitten
12 turret head slideway, Y axis coulisseau du porte-tourelle, axe Y Revolverkopfführung, Y Achse
13 tool plate plateau à outils Werkzeugspannplatte
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
4.11 Turrets
Vertical turning centres have not only stationary tools but also power-driven rotary tools, which are fitted on
the turret or tool plate (item 13 in Figures 2, 3 and 4). When the number of tools expected to be used exceeds
the capacity of the turret, an automatic change of tools in the turret, or a change of turret, can be provided. An
automatic tool change device can also be required in cases of power-driven spindles in which the tools can be
automatically set. However, ISO 13041 does not provide any test methods for automatic tool change
operations.
4.12 Machine size categories
Machines are classified into three size categories, on the basis of the criteria specified in Table 2.
Table 2 — Machine size range
Criteria Category 1 Category 2 Category 3
Nominal chuck diameter, d d u 250 250 < d u 400 400 < d
Maximum turning diameter, D D u 315 315 < D u 500 500 < D
NOTE 1 The choice of criteria is at the manufacturer's discretion.
NOTE 2 Nominal chuck diameter is defined in ISO 3442-1, in ISO 3442-2 and in ISO 3442-3.
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
5 Geometric tests
5.1 Workholding spindle(s)
Object
G1
Checking of the workholding spindle nose:
a) run-out of centring diameter;
b) face run-out of the spindle face.
Diagram
Tolerance Measured deviation
Category 1 Category 2 Category 3
a) 0,005 0,008 0,012
b) 0,008 0,010 0,015
Measuring instruments
Linear displacement sensor
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.612.2, 5.632
Measurements shall be taken on all workholding spindles.
a) 5.612.2
When the surface is conical, the stylus of the linear displacement sensor shall be normal to the
contacting surface.
b) 5.632
Measurements shall be taken on the maximum diameter.
© ISO 2008 – All rights reserved 9
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
Object
G2
Checking the run-out of the workholding spindle bore
a) at the spindle nose,
b) at a distance of 300 mm from the spindle nose.
See also Test R1.
Diagram
Tolerance Measured deviation
Category 1 Category 2 Category 3
a) 0,010 0,015 0,020
b) 0,015 0,020 0,025
Measuring instruments
Linear displacement sensor and special test mandrel
Observations and references to the ISO 230-1, 5.612.3
Rotate the spindle slowly at least two revolutions at each measuring location when measuring the spindle
run-out.
The measurements shall be repeated at least four times, the mandrel being rotated through 90° in relation to
the spindle. The average of the readings shall be recorded.
Steps should be taken to minimize the effects of tangential drag upon the stylus of the measuring instrument.
Measurements shall be performed on all workholding spindles.
10 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
5.2 Relation between workholding spindle(s) and linear axes of motion
Object
G3
Checking the parallelism between the Z-axis motion and the workholding spindle axis of
rotation
a) in the ZX plane,
b) in the YZ plane.
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a measuring length of 300 or full stroke up to 300
Category 1 Category 2 Category 3
a) 0,010 0,015 0,020
b) 0,015 0,020 0,025
Measuring instruments
Linear displacement sensor and special test mandrel
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.412.1, 5.422.3
For each plane of measurement, turn the workholding spindle to find the mean position of run-out and then
move the spindle head in the Z direction and take the maximum difference of the readings.
Alternatively, take readings along the test mandrel at a rotary position and then rotate the spindle by 180°,
taking readings at the initial positions. The maximum difference between the two averaged measurements
gives the parallelism deviation.
This test applies to all workholding spindles and Z-axis motions.
© ISO 2008 – All rights reserved 11
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
Object
G4
Checking the squareness between the Z-axis motion and the X-axis motion in the ZX plane.
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a measuring length of 300 or full stroke up to 300
Category 1 Category 2 Category 3
0,010 0,015 0,020
Measuring instruments
Linear displacement sensor, square and special plate
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.522.1, 5.522.4
Set the square on a special plate fixed to the tool plate or turret parallel to the X-axis motion. Mount the
linear displacement sensor on the nose of the workholding spindle locked to contact the measuring Z-axis
surface of the square, and traverse the workholding spindle head in the Z-axis direction. Preferably, mount
the linear displacement sensor on the spindle housing to avoid locking the spindle.
The squareness deviation is the maximum difference of the linear displacement sensor readings.
12 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
Object
G5
Checking the squareness between the Z-axis motion and the Y-axis motion in the YZ plane.
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a measuring length of 300 or full stroke up to 300:
Category 1 Category 2 Category 3
0,015 0,020 0,025
Measuring instruments
Linear displacement sensor, square and special plate
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.522.1, 5.522.4
Set the square on a special plate fixed to the tool plate or turret parallel to the Y-axis motion. Mount the
linear displacement sensor on the nose of the workholding spindle locked on and attached to the measuring
Z-axis surface of the square, with the workholding spindle head traversed in the Z-axis direction. Preferably,
mount the linear displacement sensor on the spindle housing to avoid locking the spindle.
The squareness deviation is the maximum difference of the linear displacement sensor readings.
© ISO 2008 – All rights reserved 13
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
5.3 Angular deviations of linear axis motion
Object
G6
Checking the angular deviations of the Z-axis motion
a) in the YZ plane, EAZ,
b) in the ZX plane, EBZ.
NOTE The test applies only within the machining area and does not include the auxiliary operation area.
Diagram
Key
1 measuring level 3 laser head 5 beam bender
2 reference level 4 interferometer 6 reflectors
Tolerance Measured deviation
For a) and b), for Z-axis travel of up to 500:
0,040/1 000
Measuring instruments
Precision level and special plate, laser measuring equipment or autocollimator
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Set the precision level on the special plate fixed to the spindle nose horizontally.
Bidirectional measurements shall be carried out at a minimum of three positions equally spaced along the
direction of travel in both directions of motion.
The difference between the maximum and minimum readings is the angular deviation.
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
Object
G7
Checking the angular deviations of the X-axis motion
a) in the ZX plane, EBX (pitch),
b) in the YZ plane, EAX (roll),
c) in the XY plane, ECX (yaw).
NOTE The test applies only within the machining area.
Diagram
Key
1 measuring level 3 laser head 5 beam bender
2 reference level 4 interferometer 6 reflectors
Tolerance Measured deviation
For a), b), and c), for X-axis travel of up to 500:
0,040/1 000
Measuring instruments
a) Precision level or autocollimator and reflector or laser measuring equipment
b) Precision level or autocollimator and reflector
c) Autocollimator and reflector or laser measuring equipment
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Measurements shall be carried out at the minimum of three positions equally spaced along the X-axis travel
in both directions of motion.
The difference between the maximum and minimum readings is the angular deviation.
© ISO 2008 – All rights reserved 15
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
Object
G8
Checking the angular deviations of the Y-axis motion
a) in the YZ plane, EAY (pitch),
b) in the ZX plane, EBY (roll),
c) in the XY plane, ECY (yaw).
Diagram
Key
1 measuring level 3 laser head 5 beam bender
2 reference level 4 interferometer 6 reflectors
Tolerance Measured deviation
For a), b), and c), for Y-axis travel of up to 500:
0,1/1 000
Measuring instruments
a) Precision level, autocollimator or laser measuring equipment, special plate
b) Precision level, special plate
c) Autocollimator or laser measuring equipment, special plate
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Set the measuring equipment (precision level, reflector) on the special plate fixed to the tool plate or turret,
and fix a second plate to the spindle nose. Measurements shall be carried out at a minimum of three
positions equally spaced along the direction of travel in both directions of motion.
The difference between the maximum and minimum readings is the angular deviation.
16 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO/FDIS 13041-3:2008(E)
Object
G9
Checking the straightness of the X-axis motion
a) in the vertical ZX plane, EZX,
b) in the horizontal XY plane, EYX.
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a) and b):
0,02 over a measuring length of 300
Measuring instruments
For a) and b), straightedge, adjustable block and linear displacement sensor or optical equipment
Observations and references to ISO 230-1:1996, 5.212.11 and 5.232.11
If the tool turret is movable in the Y-axis direction, position it such that the workholding spindle axis average
line is in line with the tool turret pocket. Lock the spindle headstock in position near the tool turret. Place the
straightness reference (straightedge, straightness reflector, alignment telescope) on the tool turret parallel to
the X-axis motion.
NOTE “Parallel” in this context means that the readings at both ends of the movement give the same value and that
in this case the maximum difference of the readings gives the straightness deviation.
Mount the linear displacement sensor, the interferometer or the target on the spindle near to the position of
the workpiece. For machines utilizing tooling blocks mounted on the tool plate, requiring an extra-long X-axis
stroke, a shorter straightedge may be mounted on the work spindle with the linear displacement sensor
mounted on the tool turret. In this setup, the re-staging of the linear displacement sensor is necessary when
the end of the straightedge is reached. This method could be more practical for covering the entire travel
range than the mounting o
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13041-3
Première édition
2009-03-01
Conditions d'essai des tours à
commande numérique et des centres de
tournage —
Partie 3:
Essais géométriques pour les machines à
broches verticales inversées
Test conditions for numerically controlled turning machines and turning
centres —
Part 3: Geometric tests for machines with inverted vertical workholding
spindles
Numéro de référence
ISO 13041-3:2009(F)
©
ISO 2009
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 13041-3:2009(F)
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ISO 13041-3:2009(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions .1
4 Remarques préliminaires.2
4.1 Unités de mesure.2
4.2 Référence à l'ISO 230-1 et à l'ISO 230-7 .3
4.3 Nivellement de la machine.3
4.4 Ordre des essais.3
4.5 Essais à réaliser.3
4.6 Instruments de mesure .3
4.7 Schémas .3
4.8 Compensation par logiciel.3
4.9 Tolérance minimale .3
4.10 Classifications, descriptions, terminologie des machines et désignation des axes .4
4.11 Tourelles.8
4.12 Dimensions des machines .8
5 Essais géométriques.9
5.1 Broche(s) porte-pièce .9
5.2 Relations entre la ou les broche(s) porte-pièces et les axes de mouvement linéaire.11
5.3 Écarts angulaires du mouvement linéaire sur les axes .14
5.4 Tourelle et outils mécanisés .20
5.5 Tête de broche pivotante .28
6 Essais pour le contrôle de l'exactitude des axes de rotation.29
6.1 Exactitude de rotation de la broche porte-pièce.29
6.2 Exactitude en rotation du porte-outil.31
Annexe A (informative) Méthode de mesure des trois points .33
Bibliographie.35
© ISO 2009 – Tous droits réservés iii
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ISO 13041-3:2009(F)
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 13041-3 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 13041 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Conditions d'essai des tours à
commande numérique et des centres de tournage:
⎯ Partie 1: Essais géométriques pour les machines à broche horizontale
⎯ Partie 2: Essais géométriques pour les machines à broche verticale
⎯ Partie 3: Essais géométriques pour les machines à broches verticales inversées
⎯ Partie 4: Précision et répétabilité de positionnement des axes linéaires et rotatifs
⎯ Partie 5: Exactitude des vitesses, avances et interpolations
⎯ Partie 6: Exactitude d'une pièce d'essai usinée
⎯ Partie 7: Évaluation des performances en contournage dans les plans de coordonnées
⎯ Partie 8: Évaluation des effets thermiques
iv © ISO 2009 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 13041-3:2009(F)
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des
centres de tournage —
Partie 3:
Essais géométriques pour les machines à broches verticales
inversées
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 13041 spécifie, en faisant référence à l'ISO 230-1 et à l'ISO 230-7, les essais
géométriques relatifs aux tours et aux centres de tournage à commande numérique à une ou plusieurs
broches verticales inversées. Elle spécifie également les tolérances applicables correspondant à ces essais.
Elle précise différents concepts ou configurations ainsi que les caractéristiques communes des tours et des
centres de tournage à une ou plusieurs broches verticales inversées à commande numérique. Elle fournit
également une terminologie et une désignation des axes commandés (voir Figures 1, 2, 3 et 4).
La présente partie de l'ISO 13041 traite uniquement de la vérification de l'exactitude de la machine. Elle ne
traite ni de l'examen du fonctionnement de la machine (par exemple vibrations, bruit anormal, broutage dans
les déplacements d'organes) ni de celui des caractéristiques de cette dernière (par exemple vitesses,
avances), dans la mesure où ces examens précèdent généralement celui de l'exactitude.
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 230-7:2006, Code d'essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
machine de tournage
tour
machine-outil dont le mouvement principal est la rotation de la pièce par rapport à un outil de coupe fixe
3.2
commande manuelle
mode de fonctionnement dans lequel les mouvements de la machine sont amorcés et commandés
séparément par l'opérateur
© ISO 2009 – Tous droits réservés 1
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ISO 13041-3:2009(F)
3.3
commande numérique
CN
commande numérique par ordinateur
CNC
commande automatique d'un processus réalisé par un équipement qui utilise des données numériques
introduites pendant que l'opération est en cours
[ISO 2806:1994]
3.4
tour à commande manuelle
tour pour lequel chaque étape d'usinage est contrôlée ou démarrée par un opérateur sans programme
machine
3.5
tour à commande numérique
tour commandé numériquement (CN) ou commandé numériquement par ordinateur (CNC)
3.6
centre de tournage
tour à commande numérique équipé d'un ou de plusieurs outils à commande mécanisés ayant la capacité
d'orienter la broche autour de son axe
NOTE Cette machine peut intégrer des caractéristiques additionnelles, telles que le changement automatique de
l'outil, à partir d'une tourelle et/ou d'un magasin.
3.7
tour à commande numérique à broche verticale inversée
machine-outil à commande numérique où la pièce est montée sur une broche verticale inversée équipée d'un
dispositif porte-pièce à l'extrémité inférieure de la broche verticale
NOTE Pour d'autres types de centres de tournage à broche verticale, voir l'ISO 13041-2.
3.8
centre de tournage à broche verticale inversée
centre de tournage comportant une broche verticale équipée d'un dispositif porte-pièce à l'extrémité inférieure
de la broche verticale
NOTE 1 Cette machine peut intégrer des caractéristiques additionnelles, telles que le changement automatique de
l'outil à l'aide d'un magasin d'outils ou le mouvement suivant l'axe Y.
NOTE 2 Pour d'autres types de machines à broche verticale, voir l'ISO 13041-2.
4 Remarques préliminaires
4.1 Unités de mesure
Dans la présente partie de l'ISO 13041, toutes les dimensions linéaires, tous les écarts et toutes les
tolérances correspondantes sont exprimés en millimètres; les dimensions angulaires sont exprimées en
degrés et les écarts angulaires ainsi que les tolérances correspondantes sont exprimés sous forme de
rapports mais, dans certains cas, les microradians ou les secondes d'arc peuvent être utilisés pour plus de
clarté. Il convient de garder toujours à l'esprit l'équivalence des expressions suivantes:
−6
0,010/1 000 = 10 × 10 = 10 µrad ≈ 2 arcsec
2 © ISO 2009 – Tous droits réservés
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ISO 13041-3:2009(F)
4.2 Référence à l'ISO 230-1 et à l'ISO 230-7
Pour l'application de la présente partie de l'ISO 13041, il faut se reporter à l'ISO 230-1 et à l'ISO 230-7,
notamment en ce qui concerne l'installation de la machine avant essais, la mise en température de la broche
et des autres organes mobiles, la description des méthodes de mesure et l'exactitude recommandée pour les
instruments de contrôle.
Dans la rubrique «Observations» des essais décrits dans les Articles 5 et 6, les instructions sont précédées
d'une référence à l'article correspondant de l'ISO 230-1 et/ou de l'ISO 230-7 lorsque l'essai concerné est
conforme à leurs spécifications. Les tolérances sont données pour chaque essai géométrique (voir de G1 à
G20).
4.3 Nivellement de la machine
Avant de soumettre la machine aux essais, il convient de procéder à son nivellement selon les
recommandations du fournisseur/du constructeur (voir l'ISO 230-1:1996, 3.11).
4.4 Ordre des essais
La séquence de présentation des essais ne définit nullement l'ordre pratique de succession des essais. Il peut
être procédé aux contrôles, notamment pour des questions de facilité de contrôle ou de montage des
appareils de vérification, dans un ordre entièrement différent.
4.5 Essais à réaliser
Il n'est pas toujours possible, ni nécessaire, lors de la soumission à l'essai d'une machine, d'effectuer la
totalité des essais figurant dans la présente partie de l'ISO 13041. Lorsque les essais sont requis à des fins
de réception, il appartient à l'utilisateur de choisir, en accord avec le fournisseur/le constructeur, les seuls
essais correspondant aux éléments et/ou propriétés de la machine qui l'intéressent. Ces essais doivent être
clairement précisés lors de la commande d'une machine. On considère que la simple référence à la présente
partie de l'ISO 13041 pour les essais de réception n'engage aucun des contractants, s'il n'y a pas accord sur
les essais à réaliser et sur les frais correspondants.
4.6 Instruments de mesure
Les instruments de mesure indiqués dans les essais de l'Article 5 ne sont donnés qu'à titre d'exemple.
D'autres instruments mesurant les mêmes quantités et présentant au moins la même incertitude de mesure
peuvent être utilisés. Les comparateurs doivent avoir une résolution de 0,001 mm ou mieux.
4.7 Schémas
Pour des raisons de simplicité, les schémas des Articles 5 et 6 de la présente partie de l'ISO 13041 associés
aux essais géométriques sont basés sur un seul type de machine.
4.8 Compensation par logiciel
Si des logiciels intégrés permettent de compenser les écarts géométriques, de positionnement, de
contournage et thermiques, il convient que leur utilisation pendant ces essais soit fondée sur un accord entre
l'utilisateur et le fournisseur/le constructeur. Lorsqu'une compensation par logiciel est réalisée, cela doit être
indiqué dans le rapport d'essai.
4.9 Tolérance minimale
Lorsque la tolérance d'un essai géométrique est déterminée pour une étendue de mesure différente de celle
indiquée dans la présente partie de l'ISO 13041 (voir l'ISO 230-1:1996, 2.311), il faut prendre en compte le fait
que la valeur minimale de tolérance est de 0,005 mm.
© ISO 2009 – Tous droits réservés 3
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ISO 13041-3:2009(F)
4.10 Classifications, descriptions, terminologie des machines et désignation des axes
Les machines considérées dans la présente partie de l'ISO 13041 sont divisées en trois familles de
configurations de base (voir Figure 1).
Ce type de machines-outils s'applique également dans le cadre des systèmes flexibles de production.
a) Configuration de base b) Porte-pièce avec un axe B
c) Tourelle avec un axe Y
Figure 1 — Trois configurations de machine avec un porte-pièce et une tourelle
4 © ISO 2009 – Tous droits réservés
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Pour la terminologie, voir Tableau 1.
Figure 2 — Exemple de tour à broche verticale inversée
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ISO 13041-3:2009(F)
Pour la terminologie, voir Tableau 1.
Figure 3 — Exemple de centre de tournage à broche verticale inversée
(porte-tourelle avec mouvement sur l'axe Y)
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ISO 13041-3:2009(F)
Pour la terminologie, voir Tableau 1.
Figure 4 — Exemple de centre de tournage à broche verticale inversée
(broche avec un mouvement sur l'axe Y)
Tableau 1 — Terminologie (voir Figures 2, 3 et 4)
Numéro
Français Anglais Allemand
de pièce
1 base base Maschinenbett
2 montant column Maschninenständer
3 traverse porte-chariot cross rail Querführung
4 chariot, axe X carriage, X axis Schlitten, X Achse
5 chariot, axe Y carriage, Y axis Schlitten, Y Achse
glissière de la poupée fixe de la workholding spindle head stock
6 Werkstückspindelkastenführung
broche slideway
7 poupée fixe de la broche, axe Z workholding spindle head stock, Z axis Werkstückspindelkasten, Z Achse
8 broche porte-pièce workholding spindle Werkstückspindel
9 porte-tourelle turret head Revolverkopf
10 tourelle turret Revolver
11 chariot du porte-tourelle, axe Y turret head carriage, Y axis Revolverkopfschlitten, Y Achse
12 coulisseau du porte-tourelle turret head slideway Revolverkopfführung
13 plateau à outils tool plate Werkzeugspannplatte
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ISO 13041-3:2009(F)
4.11 Tourelles
Les centres de tournage verticaux disposent non seulement d'outils fixes mais également d'outils rotatifs
mécanisés, installés sur la tourelle ou sur le plateau à outils (point 13 des Figures 2, 3 et 4). Lorsque le
nombre d'outils prévus pour être utilisés dépasse la capacité de la tourelle, un changement automatique des
outils de la tourelle ou un changement de tourelle peut être prévu. Un dispositif de changement d'outil
automatique peut également être requis dans le cas de broches mécanisées dans lesquelles les outils
peuvent être disposés automatiquement. Cependant, l'ISO 13041 ne donne aucune méthode d'essai pour les
opérations de changement d'outil automatique.
4.12 Dimensions des machines
Les machines sont classées en trois catégories de tailles, sur la base des critères spécifiés dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Étendue des tailles de la machine
Critère Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
d u 250 250 < d u 400
Diamètre nominal du mandrin, d 400 < d
D u 315 315 < D u 500
Diamètre maximal de la tour, D 500 < D
NOTE 1 Le choix des critères est laissé à la discrétion du fabricant.
NOTE 2 Le diamètre nominal du mandrin est défini dans l'ISO 3442-1 et dans l'ISO 3442-2.
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ISO 13041-3:2009(F)
5 Essais géométriques
5.1 Broche(s) porte-pièce
Objet
G1
Vérification du nez de la broche porte-pièce
a) faux-rond du diamètre de centrage,
b) faux-rond frontal de la face de la broche.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
a) 0,005 0,008 0,012
b) 0,008 0,010 0,015
Instruments de mesure
Comparateur
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.612.2, 5.632
Les mesurages doivent être effectués sur toutes les broches porte-pièces.
a) 5.612.2
Lorsque la surface est conique, la touche du comparateur doit être perpendiculaire à la surface de
contact.
b) 5.632
Les mesurages doivent être effectués selon le diamètre maximal.
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ISO 13041-3:2009(F)
Objet
G2
Vérification du faux-rond de l'alésage de la broche porte-pièce
a) au niveau du nez de broche,
b) à une distance de 300 mm du nez de broche.
Voir aussi l'essai R1.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
a) 0,010 0,015 0,020
b) 0,015 0,020 0,025
Instruments de mesure
Comparateur et mandrin de contrôle spécial
Observations et références à l'ISO 230-1 5.612.3
Faire tourner lentement la broche d'au moins deux révolutions pour chaque emplacement de mesure, lors
du mesurage du faux-rond de la broche.
Les mesurages doivent être répétés au moins quatre fois, en faisant tourner chaque fois de 90° le mandrin
par rapport à la broche. Il faut enregistrer la moyenne des relevés.
Il convient de prendre des mesures pour minimiser l'effet d'hystérésis de la touche de l'instrument de
mesure.
Les mesurages doivent être effectués sur toutes les broches porte-pièces.
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ISO 13041-3:2009(F)
5.2 Relations entre la ou les broche(s) porte-pièces et les axes de mouvement linéaire
Objet
G3
Vérification du parallélisme entre le mouvement sur l'axe Z et l'axe de rotation de la broche
porte-pièce
a) dans le plan ZX,
b) dans le plan YZ.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour une longueur mesurée de 300 ou une course maximale
jusqu'à 300
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
a) 0,010 0,015 0,020
b) 0,015 0,020 0,025
Instruments de mesure
Comparateur et mandrin de contrôle spécial
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.412.1, 5.422.3
Pour chaque plan de mesure, faire tourner la broche porte-pièce afin de déterminer la position moyenne du
faux-rond, puis déplacer le chariot dans la direction Z et relever la différence maximale des indications.
Effectuer des relevés le long du mandrin de contrôle à une position de rotation, faire tourner la broche de
180° et relever les positions initiales. La différence maximale des deux mesures moyennes correspond à
l'écart de parallélisme.
Cet essai s'applique à toutes les broches porte-pièces et à tous les mouvements sur l'axe Z.
© ISO 2009 – Tous droits réservés 11
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ISO 13041-3:2009(F)
Objet
G4
Vérification de la perpendicularité entre le mouvement sur l'axe Z et le mouvement sur l'axe X
dans le plan ZX.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour une longueur mesurée de 300 ou une course maximale
jusqu'à 300
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
0,010 0,015 0,020
Instruments de mesure
Comparateur, équerre et plateau spécial
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.522.1, 5.522.4
Disposer l'équerre parallèlement au mouvement sur l'axe X, sur un plateau spécial fixé sur la surface de
montage de l'outil. Le comparateur est monté sur le nez de broche, fixée et en contact avec la surface de
mesure, contenant l'axe Z, de l'équerre. La tête de broche porte-pièce est traversée dans la direction de
l'axe Z. Le comparateur peut aussi être monté sur le bâti de broche pour éviter le blocage de celle-ci
(méthode à privilégier).
L'écart de perpendicularité correspond à la différence maximale entre les valeurs relevées sur le
comparateur.
12 © ISO 2009 – Tous droits réservés
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ISO 13041-3:2009(F)
Objet
G5
Vérification de la perpendicularité entre le mouvement sur l'axe Z et le mouvement sur l'axe
Y dans le plan YZ.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour une longueur mesurée de 300 ou une course maximale
jusqu'à 300
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
0,015 0,020 0,025
Instruments de mesure
Comparateur, équerre et plateau spécial
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.522.1, 5.522.4
Disposer l'équerre parallèlement au mouvement sur l'axe Y, sur un plateau spécial fixé sur la surface de
montage de l'outil. Le comparateur est monté sur le nez de broche, fixée et en contact avec la surface de
mesure et en contact avec celle-ci, contenant l'axe Z, de l'équerre. La tête de broche porte-pièce est
traversée dans la direction de l'axe Z. Le comparateur peut aussi être monté sur le bâti de broche pour éviter
le blocage de celle-ci (méthode à privilégier).
L'écart de perpendicularité correspond à la différence maximale entre les valeurs relevées sur le
comparateur.
© ISO 2009 – Tous droits réservés 13
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ISO 13041-3:2009(F)
5.3 Écarts angulaires du mouvement linéaire sur les axes
Objet
G6
Vérification des écarts angulaires du mouvement sur l'axe Z
a) dans le plan YZ, EAZ,
b) dans le plan ZX, EBZ.
NOTE L'essai s'applique uniquement dans la zone d'usinage, ce qui ne comprend pas la zone axiale de
fonctionnement auxiliaire.
Schéma
Légende
1 niveau de mesure 3 tête du système laser 5 déflecteur de cintreuse
2 niveau de référence 4 interféromètre 6 réflecteur
Tolérance Écart constaté
Pour a) et b)
Pour une course en Z jusqu'à 50
0,040/1 000
Instruments de mesure
Niveau de précision et plateau spécial, dispositif de mesure au laser ou autocollimateur
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Disposer les niveaux de précision à l'horizontale sur le plateau spécial, fixé sur le nez de broche.
Les mesurages bidirectionnels doivent être effectués au minimum à trois emplacements régulièrement
espacés le long de la course, dans les deux sens de mouvement.
La différence entre les indications maximale et minimale correspond à l'écart angulaire.
14 © ISO 2009 – Tous droits réservés
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ISO 13041-3:2009(F)
Objet
G7
Vérification des écarts angulaires du mouvement sur l'axe X
a) dans le plan ZX, EBX (tangage),
b) dans le plan YZ, EAY (roulis),
c) dans le plan XY, ECX (lacet).
NOTE L'essai s'applique uniquement dans la zone d'usinage.
Schéma
Légende
1 niveau de mesure 3 tête du système laser 5 déflecteur de cintreuse
2 niveau de référence 4 interféromètre 6 réflecteur
Tolérance Écart constaté
Pour a), b) et c)
Pour une course en X jusqu'à 500
0,040/1 000
Instruments de mesure
a) Niveau de précision, autocollimateur et réflecteur ou instrument de mesure au laser
b) Niveau de précision
c) Autocollimateur et réflecteur ou instrument de mesure au laser
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Les mesurages doivent être effectués au minimum à trois emplacements régulièrement espacés le long de
la course en X, dans les deux sens de mouvement.
La différence entre les indications maximale et minimale correspond à l'écart angulaire.
© ISO 2009 – Tous droits réservés 15
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ISO 13041-3:2009(F)
Objet
G8
Vérification des écarts angulaires du mouvement sur l'axe Y
a) dans le plan YZ, EAY (tangage),
b) dans le plan ZX, EBY (roulis),
c) dans le plan XY, ECY (lacet).
Schéma
Légende
1 niveau de mesure 3 tête du système laser 5 déflecteur de cintreuse
2 niveau de référence 4 interféromètre 6 réflecteur
Tolérance Écart constaté
Pour a), b) et c)
Pour une course en Y jusqu'à 500
0,1/1 000
Instruments de mesure
a) Niveau de précision, autocollimateur ou instrument de mesure au laser, plateau spécial
b) Niveau de précision, plateau spécial
c) Autocollimateur ou instrument de mesure au laser, plateau spécial
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Les instruments de mesure (niveau de précision, réflecteur) sont disposés sur un premier plateau spécial
fixé sur la surface de montage de l'outil ou de la tourelle et sur un second plateau fixé sur le nez de broche.
Les mesurages doivent être effectués au minimum à trois emplacements régulièrement espacés le long de
la course, dans les deux sens de mouvement.
La différence entre les indications maximale et minimale correspond à l'écart angulaire.
16 © ISO 2009 – Tous droits réservés
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ISO 13041-3:2009(F)
Objet
G9
Vérification de la rectitude du mouvement sur l'axe X
a) dans le plan vertical ZX (EZX),
b) dans le plan horizontal XY (EYX).
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour a) et b)
0,02 sur une longueur mesurée de 300
Instruments de mesure
Pour a) et b), règle, cales réglables et comparateur ou équipement optique
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.212.11 et 5.232.11
Si la tourelle porte-outil est mobile dans le sens de l'ax
...
PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 13041-3
ISO/TC 39/SC 2
Conditions d'essai des tours à
Secrétariat: ANSI
commande numérique et des centres de
Début de vote:
tournage —
2008-10-27
Partie 3:
Vote clos le:
2008-12-27
Essais géométriques pour les machines à
broches verticales inversées
Test conditions for numerically controlled turning machines and turning
centres —
Part 3: Geometric tests for machines with inverted vertical workholding
spindles
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D'ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S'ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE DES
ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
©
ISO 2008
TION NATIONALE.
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
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ii © ISO 2008 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Remarques préliminaires. 2
4.1 Unités de mesure. 2
4.2 Référence à l'ISO 230-1 et à l'ISO 230-7. 3
4.3 Nivellement de la machine. 3
4.4 Ordre des essais. 3
4.5 Essais à réaliser. 3
4.6 Instruments de mesure . 3
4.7 Schémas . 3
4.8 Compensation par logiciel. 3
4.9 Tolérance minimale . 3
4.10 Classifications, descriptions, terminologie des machines et désignation des axes . 4
4.11 Tourelles . 8
4.12 Dimensions des machines. 8
5 Essais géométriques. 9
5.1 Broche(s) porte-pièce. 9
5.2 Relations entre la ou les broche(s) porte-pièces et les axes de mouvement linéaire. 11
5.3 Écarts angulaires du mouvement linéaire sur les axes. 14
5.4 Tourelle et outils mécanisés. 20
5.5 Tête de broche pivotante . 28
6 Essais pour le contrôle de l'exactitude des axes de rotation . 29
6.1 Exactitude de rotation de la broche porte-pièce . 29
6.2 Exactitude en rotation du porte-outil. 31
Annexe A (informative) Méthode de mesure des trois points . 33
Bibliographie . 35
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ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
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 13041-3 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 13041 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Conditions d'essai des tours à
commande numérique et des centres de tournage:
⎯ Partie 1: Essais géométriques pour les machines à broche horizontale
⎯ Partie 2: Essais géométriques pour les machines à broche verticale
⎯ Partie 3: Essais géométriques pour les machines à broches verticales inversées
⎯ Partie 4: Précision et répétabilité de positionnement des axes linéaires et rotatifs
⎯ Partie 5: Exactitude des vitesses, avances et interpolations
⎯ Partie 6: Exactitude d'une pièce d'essai usinée
⎯ Partie 7: Évaluation des performances en contournage dans les plans de coordonnées
⎯ Partie 8: Évaluation des effets thermiques
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des
centres de tournage —
Partie 3:
Essais géométriques pour les machines à broches verticales
inversées
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 13041 spécifie, en faisant référence à l'ISO 230-1, les essais géométriques relatifs
aux tours et aux centres de tournage à commande numérique à une ou plusieurs broches verticales
inversées. Elle spécifie également les tolérances applicables correspondant à ces essais.
Elle précise différents concepts ou configurations ainsi que les caractéristiques communes des tours et des
centres de tournage à une ou plusieurs broches verticales inversées à commande numérique. Elle fournit
également une terminologie et une désignation des axes commandés (voir Figures 1, 2, 3 et 4).
La présente partie de l'ISO 13041 traite uniquement de la vérification de l'exactitude de la machine. Elle ne
traite ni de l'examen du fonctionnement de la machine (par exemple vibrations, bruit anormal, broutage dans
les déplacements d'organes) ni de celui des caractéristiques de cette dernière (par exemple vitesses,
avances), dans la mesure où ces examens précèdent généralement celui de l'exactitude.
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 230-7:2006, Code d'essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
machine de tournage
tour
machine-outil dont le mouvement principal est la rotation de la pièce par rapport à un outil de coupe fixe
3.2
commande manuelle
mode de fonctionnement dans lequel les mouvements de la machine sont amorcés et commandés
séparément par l'opérateur
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3.3
commande numérique
CN
commande numérique par ordinateur
CNC
commande automatique d'un processus réalisé par un équipement qui utilise des données numériques
introduites pendant que l'opération est en cours
[ISO 2806:1994]
3.4
tour à commande manuelle
tour pour lequel chaque étape d'usinage est contrôlée ou démarrée par un opérateur sans programme
machine
3.5
tour à commande numérique
tour commandé numériquement (CN) ou commandé numériquement par ordinateur (CNC)
3.6
centre de tournage
tour à commande numérique équipé d'un ou de plusieurs outils à commande mécanisés ayant la capacité
d'orienter la broche autour de son axe
NOTE Cette machine peut intégrer des caractéristiques additionnelles, telles que le changement automatique de
l'outil, à partir d'une tourelle et/ou d'un magasin.
3.7
tour à commande numérique à broche verticale inversée
machine-outil à commande numérique où la pièce est montée sur une broche verticale inversée équipée d'un
dispositif porte-pièce à l'extrémité inférieure de la broche verticale
NOTE Pour d'autres types de centres de tournage à broche verticale, voir l'ISO 13041-2.
3.8
centre de tournage à broche verticale inversée
centre de tournage comportant une broche verticale équipée d'un dispositif porte-pièce à l'extrémité inférieure
de la broche verticale
NOTE 1 Cette machine peut intégrer des caractéristiques additionnelles, telles que le changement automatique de
l'outil à l'aide d'un magasin d'outils ou le mouvement suivant l'axe Y.
NOTE 2 Pour d'autres types de machines à broche verticale, voir l'ISO 13041-2.
4 Remarques préliminaires
4.1 Unités de mesure
Dans la présente partie de l'ISO 13041, toutes les dimensions linéaires, tous les écarts et toutes les
tolérances correspondantes sont exprimés en millimètres; les dimensions angulaires sont exprimées en
degrés et les écarts angulaires ainsi que les tolérances correspondantes sont exprimés sous forme de
rapports mais, dans certains cas, les microradians ou les secondes d'arc peuvent être utilisés pour plus de
clarté. Il convient de garder toujours à l'esprit l'équivalence des expressions suivantes:
−6
0,010/1 000 = 10 × 10 = 10 µrad ≈ 2 arcsec
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4.2 Référence à l'ISO 230-1 et à l'ISO 230-7
Pour l'application de la présente partie de l'ISO 13041, il faut se reporter à l'ISO 230-1 et à l'ISO 230-7,
notamment en ce qui concerne l'installation de la machine avant essais, la mise en température de la broche
et des autres organes mobiles, la description des méthodes de mesure et l'exactitude recommandée pour les
instruments de contrôle.
Dans la rubrique «Observations» des essais décrits dans les Articles 5 et 6, les instructions sont précédées
d'une référence à l'article correspondant de l'ISO 230-1 et/ou de l'ISO 230-7 lorsque l'essai concerné est
conforme à leurs spécifications. Les tolérances sont données pour chaque essai (voir de G1 à G20 ainsi que
R1 et R2).
4.3 Nivellement de la machine
Avant de soumettre la machine aux essais, il convient de procéder à son nivellement selon les
recommandations du fournisseur/du constructeur (voir l'ISO 230-1:1996, 3.11).
4.4 Ordre des essais
La séquence de présentation des essais ne définit nullement l'ordre pratique de succession des essais. Il peut
être procédé aux contrôles, notamment pour des questions de facilité de contrôle ou de montage des
appareils de vérification, dans un ordre entièrement différent.
4.5 Essais à réaliser
Il n'est pas toujours possible, ni nécessaire, lors de la soumission à l'essai d'une machine, d'effectuer la
totalité des essais figurant dans la présente partie de l'ISO 13041. Lorsque les essais sont requis à des fins
de réception, il appartient à l'utilisateur de choisir, en accord avec le fournisseur/le constructeur, les seuls
essais correspondant aux éléments et/ou propriétés de la machine qui l'intéressent. Ces essais doivent être
clairement précisés lors de la commande d'une machine. On considère que la simple référence à la présente
partie de l'ISO 13041 pour les essais de réception n'engage aucun des contractants, s'il n'y a pas accord sur
les essais à réaliser et sur les frais correspondants.
4.6 Instruments de mesure
Les instruments de mesure indiqués dans les essais de l'Article 5 ne sont donnés qu'à titre d'exemple.
D'autres instruments mesurant les mêmes quantités et présentant au moins la même incertitude de mesure
peuvent être utilisés. Les comparateurs doivent avoir une résolution de 0,001 mm ou mieux.
4.7 Schémas
Pour des raisons de simplicité, les schémas de la présente partie de l'ISO 13041 associés aux essais
géométriques sont basés sur un seul type de machine.
4.8 Compensation par logiciel
Si des logiciels intégrés permettent de compenser les écarts géométriques, de positionnement, de
contournage et thermiques, il convient que leur utilisation pendant ces essais soit fondée sur un accord entre
l'utilisateur et le fournisseur/le constructeur. Lorsqu'une compensation par logiciel est réalisée, cela doit être
indiqué dans le rapport d'essai.
4.9 Tolérance minimale
Lorsque la tolérance d'un essai géométrique est déterminée pour une étendue de mesure différente de celle
indiquée dans la présente partie de l'ISO 13041 (voir l'ISO 230-1:1996, 2.311), il faut prendre en compte le fait
que la valeur minimale de tolérance est de 0,005 mm.
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4.10 Classifications, descriptions, terminologie des machines et désignation des axes
Les machines considérées dans la présente partie de l'ISO 13041 sont divisées en trois familles de
configurations de base (voir Figure 1).
Ce type de machines-outils s'applique également dans le cadre des systèmes flexibles de production.
a) Configuration de base b) Porte-pièce avec un axe B
c) Tourelle avec un axe Y
Figure 1 — Trois configurations de machine avec un porte-pièce et une tourelle
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Pour la terminologie, voir Tableau 1.
Figure 2 — Exemple de tour à broche verticale inversée
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Pour la terminologie, voir Tableau 1.
Figure 3 — Exemple de machine à broche verticale inversée
(porte-tourelle avec mouvement sur l'axe Y)
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Pour la terminologie, voir Tableau 1.
Figure 4 — Exemple de machine à broche verticale inversée (broche avec un mouvement sur l'axe Y)
Tableau 1 — Terminologie (voir Figures 2, 3 et 4)
Numéro de
Français Anglais Allemand
pièce
1 Maschinenbett
base base
2 montant column Maschninenständer
3 traverse porte-chariot cross rail Querführung
4 chariot, axe X carriage, X axis Schlitten, X Achse
5 chariot, axe Y carriage, Y axis Schlitten, Y Achse
6 chariot, axe Z carriage, Z axis Schlitten, Z Achse
7 poupée fixe de la broche workholding spindle head stock Spindelkasten
8 broche porte-pièce workholding spindle Werkstückspindel
9 porte-tourelle turret head Revolverkopf
10 tourelle turret Revolver
11 chariot du porte-tourelle turret head carriage Revolverkopfschlitten
12 coulisseau du porte-tourelle, axe Y turret head slideway, Y axis Revolverkopfführung, Y Achse
13 plateau à outils tool plate Werkzeugspannplatte
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4.11 Tourelles
Les centres de tournage verticaux disposent non seulement d'outils fixes mais également d'outils rotatifs
mécanisés, installés sur la tourelle ou sur le plateau à outils (point 13 des Figures 2, 3 et 4). Lorsque le
nombre d'outils prévus pour être utilisés dépasse la capacité de la tourelle, un changement automatique des
outils de la tourelle ou un changement de tourelle peut être prévu. Un dispositif de changement d'outil
automatique peut également être requis dans le cas de broches mécanisées dans lesquelles les outils
peuvent être disposés automatiquement. Cependant, l'ISO 13041 ne donne aucune méthode d'essai pour les
opérations de changement d'outil automatique.
4.12 Dimensions des machines
Les machines sont classées en trois catégories de tailles, sur la base des critères spécifiés dans le Tableau 2.
Tableau 2 — Étendue des tailles de la machine
Critère Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
d u 250 250 < d u 400
Diamètre nominal du mandrin, d 400 < d
D u 315 315 < D u 500
Diamètre maximal de la tour, D 500 < D
NOTE 1 Le choix des critères est laissé à la discrétion du fabricant.
NOTE 2 Le diamètre nominal du mandrin est défini dans l'ISO 3442-1, dans l'ISO 3442-2 et dans l'ISO 3442-3.
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5 Essais géométriques
5.1 Broche(s) porte-pièce
Objet
G1
Vérification du nez de la broche porte-pièce
a) faux-rond du diamètre de centrage,
b) faux-rond frontal de la face de la broche.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
a) 0,005 0,008 0,012
b) 0,008 0,010 0,015
Instruments de mesure
Comparateur
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.612.2, 5.632
Les mesurages doivent être effectués sur toutes les broches porte-pièces.
a) 5.612.2
Lorsque la surface est conique, la touche du comparateur doit être perpendiculaire à la surface de
contact.
b) 5.632
Les mesurages doivent être effectués selon le diamètre maximal.
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ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
Objet
G2
Vérification du faux-rond de l'alésage de la broche porte-pièce
a) au niveau du nez de broche,
b) à une distance de 300 mm du nez de broche.
Voir aussi l'essai R1.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
a) 0,010 0,015 0,020
b) 0,015 0,020 0,025
Instruments de mesure
Comparateur et mandrin de contrôle spécial
Observations et références à l'ISO 230-1 5.612.3
Faire tourner lentement la broche d'au moins deux révolutions pour chaque emplacement de mesure, lors
du mesurage du faux-rond de la broche.
Les mesurages doivent être répétés au moins quatre fois, en faisant tourner chaque fois de 90° le mandrin
par rapport à la broche. Il faut enregistrer la moyenne des relevés.
Il convient de prendre des mesures pour minimiser l'effet d'hystérésis de la touche de l'instrument de
mesure.
Les mesurages doivent être effectués sur toutes les broches porte-pièces.
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5.2 Relations entre la ou les broche(s) porte-pièces et les axes de mouvement linéaire
Objet
G3
Vérification du parallélisme entre le mouvement sur l'axe Z et l'axe de rotation de la broche
porte-pièce
a) dans le plan ZX,
b) dans le plan YZ.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour une longueur mesurée de 300 ou une course maximale
jusqu'à 300
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
a) 0,010 0,015 0,020
b) 0,015 0,020 0,025
Instruments de mesure
Comparateur et mandrin de contrôle spécial
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.412.1, 5.422.3
Pour chaque plan de mesure, faire tourner la broche porte-pièce afin de déterminer la position moyenne du
faux-rond, puis déplacer le chariot dans la direction Z et relever la différence maximale des indications.
Effectuer des relevés le long du mandrin de contrôle à une position de rotation, faire tourner la broche de
180° et relever les positions initiales. La différence maximale des deux mesures moyennes correspond à
l'écart de parallélisme.
Cet essai s'applique à toutes les broches porte-pièces et à tous les mouvements sur l'axe Z.
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ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
Objet
G4
Vérification de la perpendicularité entre le mouvement sur l'axe Z et le mouvement sur l'axe X
dans le plan ZX.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour une longueur mesurée de 300 ou une course maximale
jusqu'à 300
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
0,010 0,015 0,020
Instruments de mesure
Comparateur, équerre et plateau spécial
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.522.1, 5.522.4
Disposer l'équerre parallèlement au mouvement sur l'axe X, sur un plateau spécial fixé sur la surface de
montage de l'outil. Le comparateur est monté sur le nez de broche, fixée au niveau de la surface de mesure,
contenant l'axe Z, de l'équerre. La tête de broche porte-pièce est traversée dans la direction de l'axe Z. Le
comparateur peut aussi être monté sur le bâti de broche pour éviter le blocage de celle-ci (méthode à
privilégier).
L'écart de perpendicularité correspond à la différence maximale entre les valeurs relevées sur le
comparateur.
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ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
Objet
G5
Vérification de la perpendicularité entre le mouvement sur l'axe Z et le mouvement sur l'axe
Y dans le plan YZ.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour une longueur mesurée de 300 ou une course maximale
jusqu'à 300
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3
0,015 0,020 0,025
Instruments de mesure
Comparateur, équerre et plateau spécial
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.522.1, 5.522.4
Disposer l'équerre parallèlement au mouvement sur l'axe Y, sur un plateau spécial fixé sur la surface de
montage de l'outil. Le comparateur est monté sur le nez de broche, fixée au niveau de la surface de mesure,
contenant l'axe Z, de l'équerre. La tête de broche porte-pièce est traversée dans la direction de l'axe Z. Le
comparateur peut aussi être monté sur le bâti de broche pour éviter le blocage de celle-ci (méthode à
privilégier).
L'écart de perpendicularité correspond à la différence maximale entre les valeurs relevées sur le
comparateur.
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ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
5.3 Écarts angulaires du mouvement linéaire sur les axes
Objet
G6
Vérification des écarts angulaires du mouvement sur l'axe Z
a) dans le plan YZ, EAZ,
b) dans le plan ZX, EBZ.
NOTE L'essai s'applique uniquement dans la zone d'usinage, ce qui ne comprend pas la zone axiale de
fonctionnement auxiliaire.
Schéma
Légende
1 niveau de mesure 3 tête du système laser 5 déflecteur de cintreuse
2 niveau de référence 4 interféromètre 6 réflecteur
Tolérance Écart constaté
Pour a) et b)
Pour une course en Z jusqu'à 50
0,040/1 000
Instruments de mesure
Niveau de précision et plateau spécial, dispositif de mesure au laser ou autocollimateur
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Disposer les niveaux de précision à l'horizontale sur le plateau spécial, fixé sur le nez de broche.
Les mesurages bidirectionnels doivent être effectués au minimum à trois emplacements régulièrement
espacés le long de la course, dans les deux sens de mouvement.
La différence entre les indications maximale et minimale correspond à l'écart angulaire.
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Objet
G7
Vérification des écarts angulaires du mouvement sur l'axe X
a) dans le plan ZX, EBX (tangage),
b) dans le plan YZ, EAY (roulis),
c) dans le plan XY, ECX (lacet).
NOTE L'essai s'applique uniquement dans la zone d'usinage.
Schéma
Légende
1 niveau de mesure 3 tête du système laser 5 déflecteur de cintreuse
2 niveau de référence 4 interféromètre 6 réflecteur
Tolérance Écart constaté
Pour a), b) et c)
Pour une course en X jusqu'à 500
0,040/1 000
Instruments de mesure
a) Niveau de précision, autocollimateur et réflecteur ou instrument de mesure au laser
b) Niveau de précision, autocollimateur et réflecteur
c) Autocollimateur et réflecteur ou instrument de mesure au laser
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Les mesurages doivent être effectués au minimum à trois emplacements régulièrement espacés le long de
la course en X, dans les deux sens de mouvement.
La différence entre les indications maximale et minimale correspond à l'écart angulaire.
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ISO/FDIS 13041-3:2008(F)
Objet
G8
Vérification des écarts angulaires du mouvement sur l'axe Y
a) dans le plan YZ, EAY (tangage),
b) dans le plan ZX, EBY (roulis),
c) dans le plan XY, ECY (lacet).
Schéma
Légende
1 niveau de mesure 3 tête du système laser 5 déflecteur de cintreuse
2 niveau de référence 4 interféromètre 6 réflecteur
Écart constaté
Tolérance
Pour a), b) et c)
Pour une course en Y jusqu'à 500
0,1/1 000
Instruments de mesure
a) Niveau de précision, autocollimateur ou instrument de mesure au laser, plateau spécial
b) Niveau de précision, plateau spécial
c) Autocollimateur ou instrument de mesure au laser, plateau spécial
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.232.21, 5.232.22, 5.232.23
Les instruments de mesure (niveau de précis
...
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