ISO 10791-1:2015
(Main)Test conditions for machining centres — Part 1: Geometric tests for machines with horizontal spindle (horizontal Z-axis)
Test conditions for machining centres — Part 1: Geometric tests for machines with horizontal spindle (horizontal Z-axis)
ISO 10791-1:2015 specifies, with reference to ISO 230 1, the geometric tests for machining centres (or other numerically controlled machines, where applicable) with horizontal spindle (i.e. horizontal Z-axis). It applies to machining centres having three numerically controlled linear axes (X-axis up to 5 000 mm length, Y-axis up to 3 200 mm length, and Z-axis up to 2 000 mm length), but refers also to supplementary movements, such as those of rotary, tilting, and swivelling tables. Movements other than those mentioned are considered as special features and the relevant tests are not included. It takes into consideration four possible types of tables, fixed and rotary: horizontal non-rotating tables; tables rotating around a vertical B'-axis; tables rotating around a vertical B'-axis and tilting around a horizontal A'-axis; tables rotating around a horizontal A'-axis and swivelling around a vertical B'-axis. It does not consider accessory spindle heads, which are covered by ISO 17543-1. ISO 10791-1:2015 deals only with the verification of geometric accuracy of the machine and does not apply to the testing of the machine operation, which should generally be checked separately. Tests not concerning the pure geometric accuracy of the machine are dealt with in other parts of ISO 10791.
Conditions d'essai pour centres d'usinage — Partie 1: Essais géométriques des machines à broche horizontale (axe Z horizontal)
L'ISO 10791-1:2015 prescrit, par référence à l'ISO 230‑1, les essais géométriques pour centres d'usinage (ou autres machines à commande numérique, le cas échéant) à broche horizontale (c'est-à-dire à axe Z horizontal). Elle s'applique aux centres d'usinage ayant trois axes linéaires commandés numériquement (axe X jusqu'à 5 000 mm de long, axe Y jusqu'à 3 200 mm de long et axe Z jusqu'à 2 000 mm de long), mais elle traite également des mouvements supplémentaires tels que ceux liés aux tables rotatives, basculantes et pivotantes. Les mouvements autres que ceux mentionnés sont considérés comme relevant de caractéristiques particulières, et les essais correspondants n'y sont pas inclus. L'ISO 10791-1:2015 prend en compte les quatre types possibles de tables, fixes et rotatives suivants: tables horizontales non rotatives; tables tournant autour d'un axe vertical B'; tables tournant autour d'un axe vertical B' et basculant autour d'un axe horizontal A' et tables tournant autour d'un axe horizontal A' et pivotant autour d'un axe vertical B'. Elle ne traite pas des têtes porte-broches qui sont couvertes par l'ISO 17543‑1. L'ISO 10791-1:2015 ne traite que du contrôle de l'exactitude géométrique de la machine et ne traite pas des essais de fonctionnement de la machine qu'il est recommandé d'effectuer séparément. Les essais ne concernant pas l'exactitude géométrique pure de la machine sont traités dans d'autres parties de l'ISO 10791.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10791-1
Second edition
2015-02-01
Test conditions for machining
centres —
Part 1:
Geometric tests for machines with
horizontal spindle (horizontal Z-axis)
Conditions d’essai pour centres d’usinage —
Partie 1: Essais géométriques des machines à broche horizontale (axe
Z horizontal)
Reference number
ISO 10791-1:2015(E)
©
ISO 2015
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ISO 10791-1:2015(E)
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Published in Switzerland
ii © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 10791-1:2015(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Preliminary remarks . 2
3.1 Measurement units. 2
3.2 Reference to ISO 230-1 . 2
3.3 Reference to ISO 10791-6 . 2
3.4 Testing sequence . 2
3.5 Tests to be performed . 2
3.6 Tolerances . 3
3.7 Measuring instruments . 3
3.8 Diagrams . 3
3.9 Pallets . 3
3.10 Software compensation . 3
3.11 Machine configurations . 3
3.12 Designation . 4
3.13 Axes not under test . 4
4 Geometric tests . 6
4.1 Straightness errors of linear motions . 6
4.2 Angular errors of linear motions. 9
4.3 Squareness errors between linear motions .12
4.4 Spindle .15
Annex A (normative) Horizontal non-rotating tables .20
Annex B (normative) Tables rotating around a vertical B’ axis .26
Annex C (normative) Tables rotating around a vertical B’ axis and tilting around a
horizontal A’axis.35
Annex D (normative) Tables rotating around a horizontal A’ axis and swivelling around a
vertical B’axis .50
Annex E (informative) Error motions of tool holding spindle and work holding rotary table axes 65
Annex F (informative) Error motions of axes of rotation of rotary and tilting tables (see
Annex C) .69
Annex G (informative) Error motions of axes of rotation of rotary and swivelling tables (see
Annex D) .77
Bibliography .85
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ISO 10791-1:2015(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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 39, Machine tools, SC 2, Test conditions for metal
cutting machine tools.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 10791-1:1998), which has been
technically revised.
ISO 10791 consists of the following parts, under the general title Test conditions for machining centres:
— Part 1: Geometric tests for machines with horizontal spindle (horizontal Z-axis)
— Part 2: Geometric tests for machines with vertical spindle or universal heads with vertical primary
rotary axis (vertical Z-axis)
— Part 3: Geometric tests for machines with integral indexable or continuous universal heads (vertical Z-axis)
— Part 4: Accuracy and repeatability of positioning of linear and rotary axes
— Part 5: Accuracy and repeatability of positioning of work-holding pallets
— Part 6: Accuracy of speeds and interpolations
— Part 7: Accuracy of finished test pieces
— Part 8: Evaluation of contouring performance in the three coordinate planes
— Part 9: Evaluation of the operating times of tool change and pallet change
— Part 10: Evaluation of the thermal distortions
iv © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 10791-1:2015(E)
Introduction
A machining centre is a numerically controlled machine tool capable of performing multiple machining
operations, including milling, boring, drilling, and tapping, as well as automatic tool changing from a
magazine or similar storage unit in accordance with a machining program.
The object of ISO 10791 (all parts) is to supply information as wide and comprehensive as possible on
tests which can be carried out for comparison, acceptance, maintenance, or any other purpose deemed
necessary by user or manufacturer/supplier. ISO 10791 specifies, with reference to the relevant parts
of ISO 230, several families of tests for machining centres with horizontal spindle, standing alone or
integrated in flexible manufacturing systems.
This part of ISO 10791 also establishes the tolerances for the test results corresponding to general
purpose and normal accuracy machining centres.
This part of ISO 10791 is also applicable, totally or partially, to other numerically controlled machines,
when their configuration, components, and movements are compatible with the tests described herein.
Accessory spindle heads, forming the object of Annexes A through C in the first edition of this part of
ISO 10791, are now covered by the more general ISO 17543-1, as they are not only used on machining centres.
In this edition of ISO 10791-1, the test of the table flatness (formerly G15) has been deleted for several
reasons, among which are the following:
— the table surface is not normally used as a reference for the location of the workpiece;
— sometimes, the machine is supplied with some fixtures already mounted on the table;
— sometimes, the machine is provided with a receiver where several pallets can be mounted;
— for tests made during the working life of the machine, the surface might no longer be suitable for
accurate measurements, mostly on large machines.
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ISO 10791-1:2015(E)
vi © ISO 2015 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10791-1:2015(E)
Test conditions for machining centres —
Part 1:
Geometric tests for machines with horizontal spindle
(horizontal Z-axis)
1 Scope
This part of ISO 10791 specifies, with reference to ISO 230-1, the geometric tests for machining centres (or
other numerically controlled machines, where applicable) with horizontal spindle (i.e. horizontal Z-axis).
This part of ISO 10791 applies to machining centres having three numerically controlled linear axes
(X-axis up to 5 000 mm length, Y-axis up to 3 200 mm length, and Z-axis up to 2 000 mm length),
but refers also to supplementary movements, such as those of rotary, tilting, and swivelling tables.
Movements other than those mentioned are considered as special features and the relevant tests are
not included in this part of ISO 10791.
This part of ISO 10791 takes into consideration in Annexes A through D four possible types of tables,
fixed and rotary, as hereunder described:
— Annex A: horizontal non-rotating tables;
— Annex B: tables rotating around a vertical B’-axis;
— Annex C: tables rotating around a vertical B’-axis and tilting around a horizontal A’-axis;
— Annex D: tables rotating around a horizontal A’-axis and swivelling around a vertical B’-axis.
1)
This part of ISO 10791 does not consider accessory spindle heads, which are covered by ISO 17543-1:— .
This part of ISO 10791 deals only with the verification of geometric accuracy of the machine and does
not apply to the testing of the machine operation, which should generally be checked separately. Tests
not concerning the pure geometric accuracy of the machine are dealt with in other parts of ISO 10791,
as listed in the Foreword.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 230-1:2012, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or quasi-static conditions
1)
ISO 230-7:— , Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
ISO 841, Industrial automation systems and integration — Numerical control of machines — Coordinate
system and motion nomenclature
ISO 10791-6:2014, Test conditions for machining centres — Part 6: Accuracy of speeds and interpolations
1) To be published.
© ISO 2015 – All rights reserved 1
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ISO 10791-1:2015(E)
3 Preliminary remarks
3.1 Measurement units
In this part of ISO 10791, 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 as the primary method, but in some cases, microradians or arcseconds
can be used for clarification purposes. The following expression should be used for conversion of the
units of angular deviations or tolerances:
0,010/1 000 = 10 µrad ≅ 2”
3.2 Reference to ISO 230-1
To apply this part of ISO 10791, reference shall be made to ISO 230-1, especially for the installation of
the machine before testing, warming up of the spindle and other moving components, description of
measuring methods, and recommended uncertainty of testing equipment.
In the “Observations” block of the tests described in Clause 4 and the annexes, the instructions are
preceeded by a reference to the corresponding clause in ISO 230-1 in cases where the test concerned is
in compliance with the specifications of that International Standard.
3.3 Reference to ISO 10791-6
In ISO 10791-6:2014, Annex A, B, and C, kinematic tests are described for testing circular interpolation
motion by simultaneous three-axis control (AK1, AK2, BK1, BK2, CK1, CK2). These are based on using
displacement sensor(s) with a sphere-ended test mandrel or using a ball bar.
These kinematic tests can be used for determining the position and orientation of rotary axes with
respect to the linear axes.
Kinematic test BK2 c) [CK2 c)] in ISO 10791-6:2014 can be used as an alternative for the following tests if
all relevant geometric error compensation functions are identical: BG8, BG9, CG8, CG10, DG9, and DG11.
3.4 Testing sequence
The sequence in which the tests are presented in this part of ISO 10791 in no way defines the practical
order of testing. In order to make the mounting of instruments or gauging easier, tests can be performed
in any order.
3.5 Tests to be performed
When testing a machine, it is not always necessary, nor possible, to carry out all the tests described
in this part of ISO 10791. When the tests are required for acceptance purposes, it is up to the user to
choose, in agreement with the manufacturer/supplier, those tests relating to the components and/or
the properties of the machine which are of interest. These tests are to be clearly stated when ordering a
machine. Mere reference to this part of ISO 10791 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.
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ISO 10791-1:2015(E)
3.6 Tolerances
In this part of ISO 10791, all tolerance values (see ISO 230-1:2012, 4.1) are guidelines. When they are used for
acceptance purposes, other values can be agreed upon between the user and the manufacturer/supplier.
The required/agreed tolerance values are to be clearly stated when ordering the machine.
When establishing the tolerance for a measuring length different from that given in this part of ISO 10791
the tolerance can be determined by means of the law of proportionality (see ISO 230-1:2012, 4.1.2). It
shall be taken into consideration that the minimum value of tolerance is 0,005 mm.
3.7 Measuring instruments
Measuring instruments indicated in the tests described in the following sections are examples only.
Other instruments capable of measuring the same quantities and having the same, or a smaller,
measurement uncertainty can be used. Reference shall be made to ISO 230-1:2012, Clause 5, which
indicates the relationship between measurement uncertainties and the tolerances.
When a “dial gauge” is referred to, it can mean not only dial test indicators (DTI), but any type of linear
displacement sensor such as analogue or digital dial gauges, linear variable differential transformer
(LVDTs), linear scale displacement gauges, or non-contact sensors, when applicable to the test concerned
(see ISO 230-1:2012, Clause 4).
Similarly, when a ”straightedge” is referred to, it can mean any type of straightness reference artefact,
such as a granite or ceramic or steel or cast iron straightedge, one arm of a square, one generating line on
a cylinder square, any straight path on a reference cube, or a special, dedicated artefact manufactured to
fit in the T-slots or other references.
In the same way, when a “square” is mentioned, it can mean any type of squareness reference artefact,
such as a granite or ceramic or steel or cast iron square, a cylinder square, a reference cube, or, again, a
special, dedicated artefact.
When “3D probe” is referred to, it means three displacement sensors, housed in a nest, used to measure
the changes in the position of the centre of a precision sphere; when the nest and the sphere are moved
together along a programmed tool path.
3.8 Diagrams
For reasons of simplicity, diagrams in this part of ISO 10791 illustrate only one type of machine.
3.9 Pallets
For machines working with several pallets, the tests concerning the intrinsic geometric features or their
behaviour related to the axes of the machine (tests in Annexes A through D) are to be performed on only
one representative pallet clamped in position, unless otherwise specified by an agreement between the
user and the manufacturer/supplier. For checking other pallets, see ISO 10791-5.
3.10 Software compensation
When built-in software facilities are available for compensating certain geometric deviations, their use
during these tests for acceptance purposes shall be based on an agreement between the user and the
manufacturer/supplier, with due consideration of the machine tool intended use. When the software
compensation is used, this shall be stated in the test report. It shall be noted that when software
compensation is used, axes shall not be locked for test purposes.
3.11 Machine configurations
Figure 1 and Table 1 show 12 possible configurations of machining centres, with different architectures
and different components moving along the linear axes. These configurations are identified by means
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ISO 10791-1:2015(E)
of numbers from 01 to 12 for referring Figure 1 and Table 1 to each other. For the axes orientation and
nomenclature, reference should be made to ISO 841.
3.12 Designation
A designation is also supplied in Table 1 in order to define the architecture of a machining centre, being
a short code; this designation is given by
— the number of this part of ISO 10791,
— the letter H for “horizontal”, and
— a list of the structural and moving components from the workpiece (w) to the tool (t).
Table 1 shows examples of designations referred to the machine configurations shown in Figure 1, where
— the kinematic chain of moving axes is described in square brackets,
— the axis not under NC positioning is represented in brackets [e.g. (C)], and
— “w”, “t”, and “b”, respectively, represent the work holding table, the tool, and the bed.
The sequence can be either from the work holding table to the tool or from the tool to the work holding table.
Table 1 — Designations of configurations shown in Figure 1
01 ISO 10791-1 H [w X’ Z’ b Y (C) t]
02 ISO 10791-1 H [w Z’ b X Y (C) t]
03 ISO 10791-1 H [w X’ Z’ Y’ b (C) t]
04 ISO 10791-1 H [w Z’ X’ b Y (C) t]
05 ISO 10791-1 H [w b Z X Y (C) t]
06 ISO 10791-1 H [w X’ Y’ b Z (C) t]
07 ISO 10791-1 H [w X’ b Z Y (C) t]
08 ISO 10791-1 H [w b X Z Y (C) t]
09 ISO 10791-1 H [w Y’ X’ b Z (C) t]
10 ISO 10791-1 H [w X’ b Y Z (C) t]
11 ISO 10791-1 H [w b X Y Z (C) t]
12 ISO 10791-1 H [w Y’ b X Z (C) t]
3.13 Axes not under test
During the execution of some geometric tests on one axis of motion, the position of the other axes, not
under test, can affect the results. Therefore, the positions of these axes, as well as the offsets on the tool
side and on the workpiece side, are to be recorded in the test report.
4 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 10791-1:2015(E)
10
Y
Z
X'
Figure 1 — Possible configurations of linear axes
(Rotary and swivelling axes of the table are shown in Annexes B through D)
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ISO 10791-1:2015(E)
4 Geometric tests
4.1 Straightness errors of linear motions
Object G1
Checking of straightness of the X-axis motion:
a) in the vertical XY plane (E )
YX
b) in the horizontal ZX plane (E )
ZX
Diagram
a) b)
Tolerance
X ≤ 500 a) and b) 0,010
500 < X ≤ 800 a) and b) 0,015
800 < X ≤ 1 250 a) and b) 0,020
1 250 < X ≤ 2 000 a) and b) 0,025
2 000 < X ≤ 3 200 a) 0,050 b) 0,032
3 200 < X ≤ 5 000 a) 0,065 b) 0,040
Local tolerance 0,007 for a measuring length of 300
Measured deviation
For X = ………….
a) b)
Maximum local deviation:
a) b)
Measuring instruments
a) straightedge and dial gauge or optical methods
b) straightedge and dial gauge or microscope and taut wire or optical methods
Observations and references to ISO 230-1:2012, 8.2 and 8.2.2
For all machine configurations, the straightedge or the taut wire or the straightness reflector shall be placed on
the table. If the spindle can be locked, the dial gauge or the microscope or the interferometer can be mounted
on it; if the spindle cannot be locked, the instrument shall be placed on the spindle head of the machine.
The measuring line should pass as close as possible to the centre of the table. The height of the reference
straight line above the table shall be stated in the test report.
Methods based on measurements of angles (ISO 230-1:2012, 12.1.3) shall not be applied as these methods are
restricted to measurements of functional surfaces.
6 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 10791-1:2015(E)
Object G2
Checking of straightness of the Z-axis motion:
a) in the vertical YZ plane (E )
YZ
b) in the horizontal ZX plane (E )
XZ
Diagram
a) b)
Tolerance
Z ≤ 500 a) and b) 0,010
500 < Z ≤ 800 a) and b) 0,015
800 < Z ≤ 1 250 a) and b) 0,020
1 250 < Z ≤ 2 000 a) and b) 0,025
Local tolerance 0,007 for a measuring length of 300
Measured deviation
For Z = ………….
a) b)
Maximum local deviation:
a) b)
Measuring instruments
a) straightedge and dial gauge or optical methods
b) straightedge and dial gauge or microscope and taut wire or optical methods
Observations and references to ISO 230-1:2012, 8.2 and 8.2.2
For all machine configurations, the straightedge or the taut wire, or the straightness reflector shall be
placed on the table. If the spindle can be locked, the dial gauge or the microscope or the interferometer can
be mounted on it; if the spindle cannot be locked, the instrument shall be placed on the spindle head of the
machine.
The measuring line should pass as close as possible to the centre of the table. The height of the reference
straight line above the table shall be stated in the test report.
Methods based on measurements of angles (ISO 230-1:2012, 12.1.3) shall not be applied as these methods are
restricted to measurements of functional surfaces.
© ISO 2015 – All rights reserved 7
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ISO 10791-1:2015(E)
Object G3
Checking of straightness of the Y-axis motion:
a) in the XY plane (E )
XY
b) in the YZ plane (E )
ZY
Diagram
a) b)
Tolerance
For a) and b) Y ≤ 500 0,010
500 < Y ≤ 800 0,015
800 < Y ≤ 1 250 0,020
1 250 < Y ≤ 2 000 0,025
2 000 < Y ≤ 3 200 0,032
Local tolerance 0,007 for a measuring length of 300
Measured deviation
For Y = ………….
a) b)
Maximum local deviation:
a) b)
Measuring instruments
For a) and b): square and dial gauge or microscope and taut wire or optical methods
Observations and references to ISO 230-1:2012, 8.2 and 8.2.2
For all machine configurations, the square or the taut wire or the straightness reflector shall be placed in the
centre of the table. If the spindle can be locked, the dial gauge or the microscope or the interferometer can
be mounted on it; if the spindle cannot be locked, the instrument shall be placed on the spindle head of the
machine.
The reference straight line applied shall be stated in the test report.
Methods based on measurements of angles (ISO 230-1:2012, 12.1.3) shall not be applied as these methods are
restricted to measurements of functional surfaces.
8 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 10791-1:2015(E)
4.2 Angular errors of linear motions
Object G4
Checking of angular errors of the X-axis motion:
a) in the vertical XY plane perpendicular to the spindle axis (pitch E )
CX
b) in the horizontal ZX plane (yaw E )
BX
c) in the vertical YZ plane parallel to the spindle axis (roll E )
AX
Diagram
a) b) c)
Tolerance
For a), b), and c) X ≤ 2 000 0,060/1 000 or 12 “
2 000 < X ≤ 3 200 0,065/1 000 or 13 “
3 200 < X ≤ 5 000 0,070/1 000 or 14 “
Local tolerance: 0,016/1 000 (or 16 μrad or 3,2 “) for a measuring length of 300
Measured deviation
X = ………….
a) b) c)
Maximum local deviation:
a) b) c)
Measuring instruments
a) (pitch E ) precision level or optical angular deviation measuring instruments
CX
b) (yaw E ) optical angular deviation measuring instruments
BX
c) (roll E ) precision level
AX
Observations and references to ISO 230-1:2012, 8.4 and 8.4.2
The instrument shall be placed on the movable component:
a) (pitch E ) longitudinally
CX
b) (yaw E ) horizontally
BX
c) (roll E ) transversely
AX
Measurements shall be taken at least at five positions equally spaced along the travel, in both directions of
movement at every position. The difference between the maximum and the minimum reading is the error to be
reported.
When X-axis motion causes an angular movement of both spindle head and workholding table, differential
measurements of the two angular movements shall be made and this
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10791-1
Deuxième édition
2015-02-01
Version corrigée
2015-12-15
Conditions d’essai pour centres
d’usinage —
Partie 1:
Essais géométriques des machines à
broche horizontale (axe Z horizontal)
Test conditions for machining centres —
Part 1: Geometric tests for machines with horizontal spindle
(horizontal Z-axis)
Numéro de référence
ISO 10791-1:2015(F)
©
ISO 2015
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ISO 10791-1:2015(F)
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Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée
sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO 10791-1:2015(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Observations préliminaires . 2
3.1 Unités de mesure . 2
3.2 Référence à l’ISO 230-1 . 2
3.3 Référence à l’ISO 10791-6 . 2
3.4 Ordre des essais . 2
3.5 Essais à réaliser . 2
3.6 Tolérances . 3
3.7 Instruments de mesure . 3
3.8 Schémas . 3
3.9 Palettes. 3
3.10 Compensation par logiciel. 3
3.11 Configurations de machine . 4
3.12 Désignation . 4
3.13 Axes non soumis à essai . 5
4 Vérifications géométriques . 6
4.1 Erreurs de rectitude des déplacements linéaires . 6
4.2 Erreurs angulaires des déplacements linéaires . 9
4.3 Erreurs de perpendicularité entre des déplacements linéaires .12
4.4 Broche .15
Annexe A (normative) Tables horizontales non rotatives .20
Annexe B (normative) Tables tournant autour d’un axe vertical B’ .26
Annexe C (normative) Tables tournant autour d’un axe vertical B’ et basculant autour d’un
axe horizontal A’ .35
Annexe D (normative) Tables tournant autour d’un axe horizontal A’ et pivotant autour
d’un axe vertical B’ .50
Annexe E (informative) Erreurs de mouvements de la broche porte-outil et des axes de la
table porte-pièce rotative .65
Annexe F (informative) Erreurs de mouvements des axes de rotation des tables rotatives et
basculantes (voir Annexe C) .69
Annexe G (informative) Erreurs de mouvements des axes de rotation des tables rotatives et
pivotantes (voir Annexe D) .77
Bibliographie .85
© ISO 2015 – Tous droits réservés iii
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ISO 10791-1:2015(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 (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est 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. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 39, Machines-outils, sous-comité
SC 2, Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 10791-1:1998), qui a fait l’objet
d’une révision technique.
L’ISO 10791 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Conditions d’essai pour
centres d’usinage:
— Partie 1: Essais géométriques des machines à broche horizontale (axe Z horizontal)
— Partie 2: Essais géométriques des machines à broche verticale ou à têtes universelles à axe principal de
rotation vertical (axe Z vertical)
— Partie 3: Essais géométriques des machines à têtes universelles intégrées à indexage ou continues
(axe Z vertical)
— Partie 4: Exactitude et répétabilité de positionnement des axes linéaires et rotatifs
— Partie 5: Exactitude et répétabilité de positionnement des palettes porte-pièces
— Partie 6: Exactitude des avances, vitesses et interpolations
— Partie 7: Exactitude des pièces d’essai usinées
— Partie 8: Évaluation des performances en contournage dans les trois plans de coordonnées
— Partie 9: Évaluation des temps opératoires de changement d’outils et de changement de palettes
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ISO 10791-1:2015(F)
— Partie 10: Évaluation des déformations thermiques
La présente version corrigée de l’ISO 10791-1:2015 inclut des corrections rédactionnelles dans tout le
document.
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ISO 10791-1:2015(F)
Introduction
Un centre d’usinage est une machine-outil à commande numérique qui peut réaliser des opérations
d’usinage multiples comprenant le fraisage, l’alésage, le perçage et le taraudage, ainsi que les
changements automatiques d’outils à partir d’un magasin ou d’une unité de stockage similaire dans le
cadre d’un programme d’usinage.
L’objet de l’ISO 10791 (toutes les parties) est de fournir une information aussi étendue et approfondie
que possible sur les essais qui peuvent être effectués à des fins de comparaison, réception, maintenance
ou autres, jugés nécessaires par l’utilisateur ou le fabricant/fournisseur. L’ISO 10791 prescrit, par
référence aux parties correspondantes de l’ISO 230, plusieurs familles d’essais pour centres d’usinage à
broche horizontale, destinés à être autonomes ou à être intégrés dans des systèmes de fabrication.
La présente partie de l’ISO 10791 établit également les tolérances pour les résultats d’essai
correspondant aux centres d’usinage à usage général et d’exactitude normale.
La présente partie de l’ISO 10791 est également applicable, en totalité ou en partie, à d’autres machines
à commande numérique lorsque leur configuration, leurs composants et leurs mouvements sont
compatibles avec les essais décrits dans ce document.
Les têtes de broche accessoires, objets des Annexes A à C de la première édition de la présente partie
de l’ISO 10791, sont à présent traitées dans la norme plus générale ISO 17543-1, car elles ne sont pas
utilisées uniquement sur des centres d’usinage.
Dans la présente édition de l’ISO 10791-1, l’essai de planéité de la table (anciennement G15) a été
supprimé pour plusieurs raisons, notamment:
— en règle générale, la surface de la table ne sert pas de référence pour l’emplacement de la pièce;
— la machine est parfois fournie avec certaines fixations déjà montées sur la table;
— la machine est parfois équipée d’un récepteur sur lequel plusieurs palettes peuvent être montées;
— pour les essais effectués tout au long de la durée de vie de la machine, la surface peut s’avérer ne plus
convenir pour des mesurages précis, principalement sur les machines de grandes dimensions.
vi © ISO 2015 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 10791-1:2015(F)
Conditions d’essai pour centres d’usinage —
Partie 1:
Essais géométriques des machines à broche horizontale
(axe Z horizontal)
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 10791 prescrit, par référence à l’ISO 230-1, les essais géométriques pour
centres d’usinage (ou autres machines à commande numérique, le cas échéant) à broche horizontale
(c’est-à-dire à axe Z horizontal).
La présente partie de l’ISO 10791 s’applique aux centres d’usinage ayant trois axes linéaires commandés
numériquement (axe X jusqu’à 5 000 mm de long, axe Y jusqu’à 3 200 mm de long et axe Z jusqu’à
2 000 mm de long), mais elle traite également des mouvements supplémentaires tels que ceux liés
aux tables rotatives, basculantes et pivotantes. Les mouvements autres que ceux mentionnés sont
considérés comme relevant de caractéristiques particulières, et les essais correspondants ne sont pas
inclus dans la présente partie de l’ISO 10791.
La présente partie de l’ISO 10791 prend en compte dans les Annexes A à D les quatre types possibles de
tables, fixes et rotatives, décrits ci-après:
— Annexe A: tables horizontales non rotatives;
— Annexe B: tables tournant autour d’un axe vertical B’;
— Annexe C: tables tournant autour d’un axe vertical B’ et basculant autour d’un axe horizontal A’;
— Annexe D: tables tournant autour d’un axe horizontal A’ et pivotant autour d’un axe vertical B’.
La présente partie de l’ISO 10791 ne traite pas des têtes porte-broches qui sont couvertes par
1)
l’ISO 17543-1:— .
La présente partie de l’ISO 10791 ne traite que du contrôle de l’exactitude géométrique de la machine et
ne traite pas des essais de fonctionnement de la machine qu’il est recommandé d’effectuer séparément.
Les essais ne concernant pas l’exactitude géométrique pure de la machine sont traités dans d’autres
parties de l’ISO 10791, telles qu’énumérées dans l’Avant-propos.
2 Références normatives
Les documents suivants, en totalité ou en partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables pour son application. Pour les références datées, seule l’édition citée
s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y
compris les éventuels amendements).
ISO 230-1:2012, Code d’essai des machines-outils — Partie 1: Exactitude géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-statiques
1
ISO 230-7:— , Code d’essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
ISO 841, Systèmes d’automatisation industrielle et intégration — Commande numérique des machines —
Système de coordonnées et nomenclature du mouvement
1) À publier.
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ISO 10791-1:2015(F)
ISO 10791-6:2014, Conditions d’essai pour centres d’usinage — Partie 6: Précision des vitesses et
interpolations
3 Observations préliminaires
3.1 Unités de mesure
Dans la présente partie de l’ISO 10791, toutes les dimensions linéaires, tous les écarts ainsi que
toutes les tolérances correspondantes sont exprimées en millimètres; les dimensions angulaires sont
exprimées en degrés et les écarts angulaires ainsi que les tolérances correspondantes sont le plus
souvent exprimés sous forme de rapports mais, dans certains cas pour plus de clarté, ils sont exprimés
en microradians ou en secondes d’arc. Il convient d’utiliser l’expression suivante pour la conversion des
unités d’écart ou de tolérance angulaires:
0,010/1 000 = 10 µrad ≅ 2’’
3.2 Référence à l’ISO 230-1
Pour l’application de la présente partie de l’IISO 10791, la référence à l’ISO 230-1 doit être faite,
notamment en ce qui concerne l’installation de la machine avant essais, la mise en température de la
broche et autres organes mobiles, la description des méthodes de mesurage, ainsi que l’incertitude
recommandée pour les appareils de contrôle.
Dans la case «Observations» des essais décrits dans l’Article 4 et les annexes, les instructions sont
précédées d’une référence au paragraphe correspondant de l’ISO 230-1 lorsque l’essai concerné est
conforme aux spécifications de cette Norme internationale.
3.3 Référence à l’ISO 10791-6
Dans l’ISO 10791-6:2014, les Annexes A, B et C, décrivent des essais cinématiques permettant d’évaluer
le mouvement d’interpolation circulaire par un contrôle simultané sur trois axes (AK1, AK2, BK1,
BK2, CK1, CK2). Ils sont basés sur l’utilisation d’un (de) capteur(s) de déplacement avec un mandrin de
contrôle à extrémité sphérique ou sur l’utilisation d’une barre à bille.
Ces essais cinématiques peuvent être utilisés pour déterminer la position et l’orientation des axes
rotatifs par rapport aux axes linéaires.
L’essai cinématique BK2 c) [CK2 c)] de l’ISO 10791-6:2014 peut être utilisé comme alternative aux essais
suivants si toutes les fonctions de compensation d’erreur géométrique pertinentes sont identiques:
BG8, BG9, CG8, CG10, DG9 et DG11.
3.4 Ordre des essais
L’ordre dans lequel les essais sont présentés dans la présente partie de l’ISO 10791 ne définit nullement
l’ordre pratique de succession des opérations de mesurage. Pour des questions de facilité de montage
des appareils ou de mesurage, les essais peuvent être réalisés dans n’importe quel ordre.
3.5 Essais à réaliser
Il n’est pas toujours nécessaire, ni possible, lors de l’essai d’une machine d’un type déterminé, d’effectuer
la totalité des essais figurant dans la présente partie de l’ISO 10791. Lorsque les essais sont requis à des
fins de réception, il appartient à l’utilisateur de choisir, en accord avec le fabricant/fournisseur, les seuls
essais correspondant aux composants et/ou aux propriétés de la machine qui l’intéressent. Ces essais
doivent clairement être précisés lors de la passation de la commande de la machine. On considère que la
simple référence à la présente partie de l’ISO 10791 pour les essais de réception, sans spécification des
essais à effectuer, n’engage aucun des contractants, s’il n’y a pas accord sur les frais correspondants.
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ISO 10791-1:2015(F)
3.6 Tolérances
Dans la présente partie de l’ISO 10791, toutes les valeurs de tolérance (voir l’ISO 230-1:2012, 4.1) sont des
recommandations. Lorsque les essais sont utilisés à des fins de réception, d’autres valeurs peuvent être
convenues entre l’utilisateur et le fabricant/fournisseur. Les valeurs de tolérance requises/convenues
doivent être clairement précisées lors de la passation de commande de la machine.
Lorsque la tolérance est déterminée pour une étendue de mesurage différente de celle indiquée dans la
présente partie de l’ISO 10791 la tolérance peut être déterminée au moyen de la loi de proportionnalité
(voir l’ISO 230-1:2012, 4.1.2). Il doit être pris en compte que la valeur minimale de la tolérance à retenir
est 0,005 mm.
3.7 Instruments de mesure
Les instruments de mesure indiqués dans les essais décrits dans paragraphes suivants ne sont que des
exemples. Il est possible d’utiliser d’autres instruments capables de mesurer les mêmes grandeurs et
offrant une incertitude de mesure identique ou inférieure. La référence doit être faite à l’ISO 230-1:2012,
Article 5, qui indique la relation entre incertitudes de mesure et les tolérances.
Lorsqu’il est fait référence à un «comparateur», cela ne concerne pas seulement les comparateurs à levier
mécaniques (DTI), mais également tout type de capteur de déplacement linéaire tels que comparateurs
analogiques ou numériques, transformateur-comparateur variable (LVDT), jauges de déplacement
linéaire, ou capteurs sans contact, si applicable à l’essai concerné (voir ISO 230-1:2012, Article 4).
De la même manière, lorsqu’il est fait référence à une «règle», il peut s’agir de n’importe quel type de
pièce de référence de rectitude, telle qu’une règle en granit, en céramique, en acier ou en fonte, une
branche d’équerre, une génératrice sur un cylindre-équerre, toute portion rectiligne d’une cale de
référence, une pièce de référence spéciale fabriquée de manière à s’adapter dans les rainures à T ou
d’autres références.
De la même manière, lorsqu’une «équerre» est mentionnée, il peut s’agir de n’importe quel type de pièce
de référence de perpendicularité, telle qu’une équerre en granit, en céramique, en acier ou en fonte, un
cylindre-équerre, une cale de référence ou, là encore, une pièce de référence spéciale.
Lorsqu’il est fait référence à un «palpeur 3D», il s’agit de trois capteurs de déplacement combinés utilisés
pour mesurer les changements de position du centre d’une sphère de précision, lorsque le combiné et la
sphère sont déplacés ensemble le long d’un parcours d’outil programmé.
3.8 Schémas
Pour des raisons de simplicité, les schémas de la présente partie de l’ISO 10791 ne représentent qu’un
seul type de machine.
3.9 Palettes
Pour les machines qui fonctionnent avec plusieurs palettes, les essais relatifs aux caractéristiques
géométriques intrinsèques des palettes ou à leur comportement par rapport aux axes de la machine
(essais des Annexes A à D) ne doivent être effectués que sur une seule palette représentative bridée en
position, à moins qu’un accord différent n’ait été conclu entre l’utilisateur et le fabricant/fournisseur.
Pour la vérification des autres palettes, voir l’ISO 10791-5.
3.10 Compensation par logiciel
Lorsque des logiciels intégrés permettent de compenser certains écarts géométriques, leur utilisation
pendant les essais effectués à des fins de réception doit être basée sur un accord entre l’utilisateur
et le fabricant/fournisseur, en prenant en considération l’usage prévu de la machine-outil. Lorsqu’une
compensation par logiciel est réalisée, cela doit être indiqué dans le rapport d’essai. Il doit être noté
que, lorsqu’une compensation par logiciel est réalisée, les axes ne doivent pas être bloqués pour les
besoins de l’essai.
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ISO 10791-1:2015(F)
3.11 Configurations de machine
La Figure 1 et le Tableau 1 présentent les 12 configurations possibles de centres d’usinage, ayant des
architectures différentes et des composants différents se déplaçant le long des axes linéaires. Ces
configurations sont identifiées par des numéros allant de 01 à 12 permettant de relier la Figure 1 et le
Tableau 1. Pour l’orientation des axes et leur nomenclature, il convient de se reporter à l’ISO 841.
3.12 Désignation
Une désignation est également fournie dans le Tableau 1 sous la forme d’un code bref, afin de décrire
l’architecture d’un centre d’usinage; cette désignation comprend:
— le numéro de la présente partie de l’ISO 10791,
— la lettre H pour «horizontal, et
— une liste des organes structurels et mobiles de la pièce (w) jusqu’à l’outil (t).
Le Tableau 1 donne des exemples de désignations correspondant aux configurations de machine
illustrées à la Figure 1, où:
— la chaîne cinématique des axes en mouvement est décrite entre crochets,
— l’axe dont le positionnement n’est pas assujetti à une commande numérique est représenté entre
parenthèses [par exemple (C)], et
— «w», «t» et «b» représentent respectivement la table porte-pièce, l’outil et le banc.
La séquence peut aller de la table porte-pièce à l’outil ou de l’outil à la table porte-pièce.
Tableau 1 — Désignations des configurations illustrées à la Figure 1
01 ISO 10791-1 H [w X’ Z’ b Y (C) t]
02 ISO 10791-1 H [w Z’ b X Y (C) t]
03 ISO 10791-1 H [w X’ Z’ Y’ b (C) t]
04 ISO 10791-1 H [w Z’ X’ b Y (C) t]
05 ISO 10791-1 H [w b Z X Y (C) t]
06 ISO 10791-1 H [w X’ Y’ b Z (C) t]
07 ISO 10791-1 H [w X’ b Z Y (C) t]
08 ISO 10791-1 H [w b X Z Y (C) t]
09 ISO 10791-1 H [w Y’ X’ b Z (C) t]
10 ISO 10791-1 H [w X’ b Y Z (C) t]
11 ISO 10791-1 H [w b X Y Z (C) t]
12 ISO 10791-1 H [w Y’ b X Z (C) t]
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ISO 10791-1:2015(F)
3.13 Axes non soumis à essai
Pendant l’exécution de certains essais géométriques sur un axe de déplacement, la position des autres
axes, non soumis à essai, peut avoir une incidence sur les résultats. Par conséquent, les positions de ces
axes, ainsi que les décalages du côté outil et du côté pièce, doivent être enregistrées dans le rapport d’essai.
10
Y
Z
X'
Figure 1 — Configurations possibles des axes linéaires
(Les axes de rotation et de pivotement de la table sont indiqués dans les Annexes B à D)
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ISO 10791-1:2015(F)
4 Vérifications géométriques
4.1 Erreurs de rectitude des déplacements linéaires
Objet G1
Vérification de la rectitude du déplacement suivant l’axe X:
a) dans le plan vertical XY (E )
YX
b) dans le plan horizontal ZX (E )
ZX
Schéma
a) b)
Tolérance
X ≤ 500 a) et b) 0,010
500 < X ≤ 800 a) et b) 0,015
800 < X ≤ 1 250 a) et b) 0,020
1 250 < X ≤ 2 000 a) et b) 0,025
2 000 < X ≤ 3 200a) 0,050 b) 0,032
3 200 < X ≤ 5 000a) 0,065 b) 0,040
Tolérance locale: 0,007 pour une longueur mesurée de 300
Écart mesuré
Pour X = ………….
a) b)
Écart local maximal
a) b)
Instruments de mesure
a) règle et comparateur ou dispositifs optiques
b) règle et comparateur ou microscope et fil tendu ou dispositifs optiques
Observations et références à l’ISO 230-1:2012, 8.2 et 8.2.2
Pour toutes les configurations de la machine, la règle, le fil tendu ou le réflecteur d’alignement doit être placé sur
la table. Si la broche peut être bloquée, le comparateur, le microscope ou l’interféromètre peut être monté sur cette
dernière; si la broche ne peut pas être bloquée, l’instrument de mesure doit être placé sur la tête porte-broche
de la machine.
Il convient que l’axe de mesurage passe aussi près que possible du centre de la table. La hauteur de la ligne droite
de référence au-dessus de la table doit être indiquée dans le rapport d’essai.
Les méthodes basées sur des mesurages d’angles (ISO 230-1:2012, 12.1.3) ne doivent pas être appliquées car ces
méthodes sont limitées aux mesurages des surfaces fonctionnelles.
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ISO 10791-1:2015(F)
Objet G2
Vérification de la rectitude du déplacement suivant l’axe Z:
a) dans le plan vertical YZ (E )
YZ
b) dans le plan horizontal ZX (E )
ZX
Schéma
a) b)
Tolérance
Z ≤ 500 a) et b) 0,010
500 < Z ≤ 800 a) et b) 0,015
800 < Z ≤ 1 250 a) et b) 0,020
1 250 < Z ≤ 2 000 a) et b) 0,025
Tolérance locale: 0,007 pour une longueur mesurée de 300
Écart mesuré
Pour Z = ………….
a) b)
Écart local maximal
a) b)
Instruments de mesure
a) règle et comparateur ou dispositifs optiques
b) règle et comparateur ou microscope et fil tendu ou dispositifs optiques
Observations et références à l’ISO 230-1:2012, 8.2 et 8.2.2
Pour toutes les configurations de la machine, la règle, le fil tendu ou le réflecteur d’alignement doit être placé sur
la table. Si la broche peut être bloquée, le comparateur, le microscope ou l’interféromètre peut être monté sur cette
dernière; si la broche ne peut pas être bloquée, l’instrument de mesure doit être placé sur la tête porte-broche
de la machine.
Il convient que l’axe de mesurage passe aussi près que possible du centre de la table. La hauteur de la ligne droite
de référence au-dessus de la table doit être indiquée dans le rapport d’essai.
Les méthodes basées sur des mesurages d’angles (ISO 230-1:2012, 12.1.3) ne doivent pas être appliquées car ces
méthodes sont limitées aux mesurages des surfaces fonctionnelles.
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ISO 10791-1:2015(F)
Objet G3
Vérif
...
PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 10791-1
ISO/TC 39/SC 2 Secrétariat: ANSI
Début de vote Vote clos le
2012-02-14 2012-07-14
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Conditions d'essai pour centres d'usinage —
Partie 1:
Essais géométriques des machines à broche horizontale (axe Z
horizontal)
Test conditions for machining centres —
Part 1: Geometric tests for machines with horizontal spindle (horizontal Z-axis)
[Révision de la première édition (ISO 10791-1:1998)]
ICS 25.040.10
Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du
secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au
Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.
To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee
secretariat. ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at
publication stage.
CE DOCUMENT EST UN PROJET DIFFUSÉ POUR OBSERVATIONS ET APPROBATION. IL EST DONC SUSCEPTIBLE DE MODIFICATION ET NE
PEUT ETRE CITE COMME NORME INTERNATIONALE AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
OUTRE LE FAIT D'ETRE EXAMINES POUR ETABLIR S'ILS SONT ACCEPTABLES A DES FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ETRE
CONSIDERES DU POINT DE VUE DE LEUR POSSIBILITE DE DEVENIR DES NORMES POUVANT SERVIR DE REFERENCE DANS LA
REGLEMENTATION NATIONALE.
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSERVATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMENTATION EXPLICATIVE.
© Organisation Internationale de Normalisation, 2012
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ISO/DIS 10791-1
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et par aucun procédé électronique ou mécanique, y compris la photocopie, les enregistrements ou autres,
sans autorisation écrite préalable.
Les demandes d'autorisation de reproduction doivent être envoyées à l'ISO à l'adresse ci-après ou au
comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
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ISO/DIS 10791-1
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Observations préliminaires .2
3.1 Unités de mesure.2
3.2 Référence à l'ISO 230-1.2
3.3 Référence à l'ISO 10791-6.2
3.4 Ordre des essais.2
3.5 Essais à réaliser .2
3.6 Tolérances.3
3.7 Instruments de mesure.3
3.8 Schémas.3
3.9 Palettes.3
3.10 Compensation par logiciel .3
3.11 Configurations de machine .3
3.12 Désignation .4
4 Vérifications géométriques .6
4.1 Erreurs de rectitude des déplacements linéaires .6
4.1.1 Objet.8
4.2 Erreurs angulaires des déplacements linéaires.9
4.2.1 Schéma (en b, pour le mesurage du lacet, supprimer l'interféromètre inutile sur le banc) .9
4.2.2 Instruments de mesure.9
4.3 Erreurs de perpendicularité entre des déplacements linéaires .13
4.4 Broche .16
4.5 Axes supplémentaires parallèles à l'axe Z .21
4.6 Erreur de mouvement de l'axe (C) de la broche porte-outil.25
Annexe A (normative) Tables horizontales non pivotantes .28
Annexe B (normative) Tables tournant autour d'un axe vertical B'.34
Annexe C (normative) Tables tournant autour d'un axe vertical B' et basculant autour d'un axe
horizontal A'.49
Annexe D (normative) Tables tournant autour d'un axe horizontal A' et basculant autour d'un axe
vertical B'.72
Bibliographie.94
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ISO/DIS 10791-1
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 10791-1 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.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition qui a fait l'objet d'une révision technique.
L'ISO 10791 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Conditions d'essai pour centres
d'usinage :
Partie 1 : Essais géométriques des machines à broche horizontale (axe Z horizontal)
Partie 2 : Essais géométriques des machines à broche verticale ou à têtes universelles à axe principal de
rotation vertical (axe Z vertical)
Partie 3 : Essais géométriques des machines à têtes universelles intégrées à indexage ou continues (axe
Z vertical)
Partie 4 : Précision et répétabilité de positionnement des axes linéaires et rotatifs
Partie 5 : Précision et répétabilité de positionnement des palettes porte-pièces
Partie 6 : Précision des avances, vitesses et interpolations
Partie 7 : Précision d'une pièce d'essai usinée
Partie 8 : Évaluation des performances en contournage dans les trois plans de coordonnées
Partie 9 : Évaluation des temps opératoires de changement d'outils et de changement de palettes
Partie 10 : Évaluation des déformations thermiques
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ISO/DIS 10791-1
Introduction
Un centre d'usinage est une machine-outil à commande numérique qui peut réaliser des opérations d’usinage
multiples comprenant le fraisage, l'alésage, le perçage et le taraudage, ainsi que les changements
automatiques d'outils à partir d'un magasin ou d'une unité de stockage similaire dans le cadre d'un
programme d'usinage.
L'objet de l'ISO 10791 (toutes les parties) est de fournir une information aussi étendue et approfondie que
possible sur les essais qui peuvent être effectués à des fins de comparaison, réception, maintenance ou
autres. La présente partie de l'ISO 10791 prescrit, par référence aux parties correspondantes de l'ISO 230,
Code d'essai des machines-outils, plusieurs familles d'essais pour centres d'usinage à broche horizontale,
destinés à être autonomes ou à être intégrés dans des systèmes de fabrication.
La présente partie de l'ISO 10791 établit également les tolérances pour les résultats d’essai correspondant
aux centres d’usinage à usage général et d’exactitude normale.
La présente partie de l'ISO 10791 est également applicable, en totalité ou en partie, aux machines à aléser et
à fraiser à commande numérique lorsque leur configuration, leurs composants et leurs mouvements sont
compatibles avec les essais décrits dans ce document.
Les têtes de broche accessoires, objets des Annexes A, B et C de la première édition de la présente partie de
l'ISO 10791, sont à présent traitées dans la norme plus générale ISO 17543-1 car elles ne sont pas utilisées
exclusivement sur des centres d'usinage.
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 10791-1
Conditions d'essai pour centres d'usinage — Partie 1: Essais
géométriques des machines à broche horizontale (axe Z
horizontal)
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 10791 prescrit, par référence à l'ISO 230-1, les essais géométriques pour centres
d'usinage (ou machines de fraisage, d'alésage, etc., à commande numérique, le cas échéant) à broche
horizontale (c'est-à-dire à axe Z horizontal).
La présente partie de l'ISO 10791 s'applique aux centres d'usinage ayant comme base trois axes linéaires
commandés numériquement (X, Y et Z) jusqu'à 5 000 mm de long, mais elle traite également des
mouvements supplémentaires tels que ceux liés aux broches coulissantes, aux coulants ou aux tables
pivotantes et basculantes. Les mouvements autres que ceux mentionnés sont considérés comme relevant de
caractéristiques particulières, et les essais correspondants ne sont pas inclus dans la présente partie de
l'ISO 10791.
La présente partie de l'ISO 10791 prend en compte dans les Annexes A, B, C et D les quatre types possibles
de tables, fixes et rotatives, décrits ci-après:
Annexe A : tables horizontales non pivotantes ;
Annexe B : tables tournant autour d'un axe vertical B' ;
Annexe C : tables tournant autour d'un axe vertical B' et basculant autour d'un axe horizontal A' ;
Annexe D : tables tournant autour d'un axe horizontal A' et basculant autour d'un axe vertical B'.
La présente partie de l'ISO 10791 ne traite que du contrôle de l’exactitude géométrique de la machine et ne
traite pas des essais de fonctionnement de la machine, qu'il est recommandé d'effectuer séparément. Les
essais ne concernant pas l’exactitude géométrique pure de la machine sont traités dans d'autres parties de
l'ISO 10791, telles qu'énumérées dans l'Avant-propos.
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 230-1:2012, 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
ISO 10791-6:____, Conditions d'essai pour centres d'usinage — Partie 6 : Précision des avances, vitesses et
interpolations
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ISO/DIS 10791-1
3 Observations préliminaires
3.1 Unités de mesure
Dans la présente partie de l'ISO 10791, toutes les dimensions linéaires ainsi que toutes les tolérances
correspondantes sont exprimées en millimètres ; les dimensions angulaires sont exprimées en degrés et les
écarts angulaires ainsi que les tolérances correspondantes sont le plus souvent exprimés sous forme de
rapports mais, dans certains cas pour plus de clarté, ils sont exprimés en microradians ou en secondes d'arc.
Il convient de toujours se rappeler de l'équivalence des expressions suivantes :
0,010/1000 = 10 µrad 2”
3.2 Référence à l'ISO 230-1
Pour l'application de la présente partie de l'ISO 10791, la référence à l'ISO 230-1 doit être faite, notamment
en ce qui concerne l'installation de la machine avant essais, la mise en température de la broche et autres
organes mobiles, la description des méthodes de mesurage, ainsi que l'incertitude recommandée pour les
appareils de contrôle.
Dans la case « Observations » des essais décrits dans l'Article 4 et les annexes, les instructions sont
précédées d'une référence au paragraphe correspondant de l'ISO 230-1, lorsque l'opération concernée est
conforme aux spécifications de cette norme.
3.3 Référence à l'ISO 10791-6
Dans l'ISO 10791-6, les Annexes A, B et C décrivent des essais cinématiques permettant d'évaluer le
mouvement d'interpolation circulaire par un contrôle simultané sur trois axes (AK1, AK2, BK1, BK2, CK1,
CK2). Ils sont basés sur l'utilisation d'un (de) capteur(s) de déplacement avec un mandrin de contrôle à
extrémité sphérique et/ou sur l'utilisation d'une barre à bille (variantes d'essai).
Ces essais cinématiques s'appliquent aux centres d'usinage ayant une fonction de commande appropriée
(par exemple fonction de commande de CDO) disponible et peuvent être utilisés pour déterminer la position et
l'orientation des axes rotatifs par rapport aux axes linéaires.
Ces essais cinématiques peuvent être utilisés en remplacement des essais suivants si toutes les fonctions de
compensation d'erreur géométrique pertinentes sont identiques :
AG8, AG9, AG10, AG11,
BG9, BG10, BG11, BG12, BG13, BG14, BG15, BG16, BG17,
CG9, CG10, CG11, CG12, CG13, CG14, CG15, CG16, CG17.
3.4 Ordre des essais
L'ordre dans lequel les essais sont présentés dans la présente partie de l'ISO 10791 ne définit nullement
l'ordre pratique de succession des opérations de mesurage. Pour des questions de facilité de montage des
appareils ou de mesurage, les essais peuvent être réalisés dans n’importe quel ordre
3.5 Essais à réaliser
Il n'est pas toujours nécessaire, ni possible, lors de l'essai d'une machine d'un type déterminé, d'effectuer la
totalité des essais figurant dans la présente partie de l'ISO 10791. Lorsque les essais sont requis à des fins
de réception, il appartient à l'utilisateur de choisir, en accord avec le fournisseur/fabricant, les seuls essais
correspondant aux composants et/ou aux propriétés d’une machine qui l'intéressent. Ces essais doivent
clairement être précisés lors de la passation de la commande de la machine. On considère que la simple
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ISO/DIS 10791-1
référence à la présente partie de l'ISO 10791 pour les essais de réception, sans spécification des essais à
effectuer, n'engage aucun des contractants, s'il n'y a pas accord sur les frais correspondants.
3.6 Tolérances
Dans la présente partie de l'ISO 10791, toutes les valeurs de tolérance (voir l'ISO 230-1, 4.1) sont des
recommandations. Lorsque les essais sont utilisés à des fins de réception, d'autres valeurs peuvent être
convenues entre l'utilisateur et le fournisseur/fabricant. Les valeurs de tolérance requises/convenues doivent
être clairement précisées lors de la passation de la commande.
Lorsque la tolérance est déterminée pour une étendue de mesurage différente de celle indiquée dans la
présente partie de l'ISO 10791 (voir l'ISO 230-1, 4.1.2), il doit être pris en compte que la valeur minimale de la
tolérance à retenir est 0,005 mm.
3.7 Instruments de mesure
Les instruments de mesure indiqués dans les essais décrits dans l'Article 4 et les annexes ne le sont qu'à titre
d'exemple. Il est possible d'utiliser d'autres instruments mesurant les mêmes grandeurs et offrant une
incertitude de mesure identique ou inférieure. Les comparateurs sont aujourd'hui le type de capteur de
déplacement linéaire le plus largement utilisé; ils servent donc d'exemple de base. Ils doivent avoir une
résolution minimale de 0,001 mm.
De la même manière, lorsqu'une « règle » est mentionnée dans les pages suivantes, il peut s'agir de
n'importe quel type de pièce de référence de rectitude, telle qu'un marbre ou une règle en acier ou en fonte,
une branche d'équerre, une génératrice sur un cylindre-équerre, toute portion rectiligne d'une cale de
référence, un dispositif spécial fabriqué de manière à s'adapter dans les rainures à T, les alésages
d’alignement ou d'autres références.
De la même manière, lorsqu'une « équerre » est mentionnée, il peut s'agir de n'importe quel type de pièce de
référence de perpendicularité, telle qu'un marbre ou une équerre en acier ou en fonte, un cylindre-équerre,
une cale de référence ou là encore un dispositif spécial.
3.8 Schémas
Pour des raisons de simplicité, les schémas de la présente partie de l'ISO 10791 ne représentent qu'un seul
type de machine.
3.9 Palettes
Pour les machines qui fonctionnent avec plusieurs palettes, les essais relatifs aux caractéristiques
géométriques intrinsèques des palettes ou à leur comportement par rapport aux axes de la machine (essais
des Annexes A, B, C et D) ne doivent être effectués que sur une seule palette représentative bridée en
position, à moins qu'un accord différent n'ait été conclu entre l'utilisateur et le fournisseur/fabricant. Pour la
vérification des autres palettes, voir l'ISO 10791-5.
3.10 Compensation par logiciel
Lorsque des logiciels permettent de compenser certains écarts géométriques, basés sur un accord entre le
fabricant/fournisseur et l'utilisateur, l'essai approprié peut être effectué avec ou sans ces compensations.
Lorsqu'une compensation par logiciel est réalisée, cela doit être indiqué dans le rapport d'essai. il doit être
noté que, lorsqu'une compensation par logiciel est réalisée, les axes ne peuvent pas être bloqués pour les
besoins de l'essai.
3.11 Configurations de machine
La Figure 1 et le Tableau 1 présentent les 12 configurations possibles de centres d'usinage, ayant des
architectures différentes et des composants différents se déplaçant le long des axes linéaires. Ces
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ISO/DIS 10791-1
configurations sont identifiées par des numéros allant de 01 à 12 permettant de relier la Figure 1 et le
Tableau 1.
3.12 Désignation
Une désignation est également fournie dans le Tableau 1, sous la forme d'un code bref, afin de décrire
l'architecture d'un centre d'usinage ; cette désignation comprend :
le numéro de la présente norme ;
la lettre H pour « horizontal » ;
une liste des axes en mouvement de la pièce (w) jusqu'à l'outil (t).
Le Tableau 1 donne des exemples de désignations correspondant aux configurations de machine illustrées à
la Figure 1, où :
la chaîne cinématique des axes en mouvement est décrite entre crochets ;
l'axe dont le positionnement n'est pas assujetti à une commande numérique est représenté entre
parenthèses (par exemple (C)) ;
« w », « t » et « b » représentent respectivement la table porte-pièce, l'outil et le banc.
La séquence peut aller de la table porte-pièce à l'outil ou de l'outil à la table porte-pièce.
Tableau 1 — Désignations des configurations illustrées à la Figure 1
01 ISO 10791-1 H [w X’ Z’ b Y (C) t]
02 ISO 10791-1 H [w Z’ b X Y (C) t]
03 ISO 10791-1 H [w X’ Z’ Y’ b (C) t]
04 ISO 10791-1 H [w Z’ X’ b Y (C) t]
ISO 10791-1 H [w b Z X Y (C) t]
05
06 ISO 10791-1 H [w X’ Y’ b Z (C) t]
07 ISO 10791-1 H [w X’ b Z Y (C) t]
ISO 10791-1 H [w b X Z Y (C) t]
08
09 ISO 10791-1 H [w Y’ X’ b Z (C) t]
10 ISO 10791-1 H [w X’ b Y Z (C) t]
11 ISO 10791-1 H [w b X Y Z (C) t]
12 ISO 10791-1 H [w Y’ b X Z (C) t]
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ISO/DIS 10791-1
02
03
01
06
05
04
09
08
07
11
12
10
Figure 1 — Configurations de la machine
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ISO/DIS 10791-1
4 Vérifications géométriques
4.1 Erreurs de rectitude des déplacements linéaires
Objet
G1
Vérification de la rectitude du déplacement suivant l'axe X :
a) dans le plan vertical XY (E ) ;
YX
b) dans le plan horizontal ZX (E ).
ZX
Schéma
a) b)
Tolérance
X 500 a) et b) 0,010
500 < X 800 a) et b) 0,015
800 < X 1 250 a) et b) 0,020
1 250 < X 2 000 a) et b) 0,025
2 000 < X 3 200 a) 0,050 b) 0,032
3 200 < X 5 000 a) 0,065 b) 0,040
Tolérance locale : 0,007 pour une longueur mesurée de 300
Écart mesuré
Pour X = ………….
a) b)
Instruments de mesure
a) Règle et comparateur ou dispositifs optiques ;
b) Règle et comparateur ou microscope et fil tendu ou dispositifs optiques.
Observations et références à l'ISO 230-1 8.2, 8.2.2
Pour toutes les configurations de la machine, la règle, le fil tendu ou le réflecteur d'alignement doit être placé sur la
table. Si la broche peut être bloquée, le comparateur, le microscope ou l'interféromètre peut être monté sur cette
dernière ; sinon, l'instrument de mesure doit être placé sur la tête porte-broche de la machine.
Il convient que l'axe de mesurage passe aussi près que possible du centre de la table.
Les écarts de rectitude ne doivent pas être déterminés par intégration des mesures angulaires.
NOTE Les tolérances relatives aux écarts de rectitude verticale d'axes de plus de 2 000 mm de longueur sont
augmentées en raison de l'incertitude de mesure attendue.
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ISO/DIS 10791-1
Objet
G2
Vérification de la rectitude du déplacement suivant l'axe Z :
a) dans le plan vertical YZ (E ) ;
YZ
b) dans le plan horizontal ZX (E ).
XZ
Schéma
a) b)
Tolérance
X 500 a) et b) 0,010
500 < X 800 a) et b) 0,015
800 < X 1 250 a) et b) 0,020
1 250 < X 2 000 a) et b) 0,025
2 000 < X 3 200 a) 0,050 b) 0,032
3 200 < X 5 000 a) 0,065 b) 0,040
Tolérance locale : 0,007 pour une longueur mesurée de 300
Écart mesuré
Pour Z = ………….
a) b)
Instruments de mesure
a) Règle et comparateur ou dispositifs optiques ;
b) Règle et comparateur ou microscope et fil tendu ou dispositifs optiques.
Observations et références à l'ISO 230-1 8.2, 8.2.2
Pour toutes les configurations de la machine, la règle, le fil tendu ou le réflecteur d'alignement doit être placé sur la
table. Si la broche peut être bloquée, le comparateur, le microscope ou l'interféromètre peut être monté sur cette
dernière ; sinon, l'instrument de mesure doit être placé sur la tête porte-broche de la machine.
Il convient que l'axe de mesurage passe aussi près que possible du centre de la table.
Les écarts de rectitude ne doivent pas être déterminés par intégration des mesures angulaires.
NOTE Les tolérances relatives aux écarts de rectitude verticale d'axes de plus de 2 000 mm de longueur sont
augmentées en raison de l'incertitude de mesure attendue.
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ISO/DIS 10791-1
4.1.1 Objet
G3
Vérification de la rectitude du déplacement suivant l'axe Y :
a) dans le plan XY (E ) ;
XY
b) dans le plan YZ (E ).
ZY
Schéma
a) b)
Tolérance
Pour a) et b) Y 500 0,010
500 < Y 800 0,015
800 < Y 1 250 0,020
1 250 < X 2 000 0,025
2 000 < Y 3 200 0,032
Tolérance locale : 0,007 pour une longueur mesurée de 300
Écart mesuré
Pour Y = ………….
a) b)
Instruments de mesure
Pour a) et b) : Équerre et comparateur ou microscope et fil tendu ou dispositifs optiques.
Observations et références à l'ISO 230-1 8.2, 8.2.2
Pour toutes les configurations de la machine, l'équerre, le fil tendu ou le réflecteur d'alignement doit être placé au
centre de la table. Si la broche peut être bloquée, le comparateur, le microscope ou l'interféromètre peut être
monté sur cette dernière ; sinon, l'instrument de mesure doit être placé sur la tête porte-broche de la machine.
Les écarts de rectitude ne doivent pas être déterminés par intégration des mesures angulaires.
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4.2 Erreurs angulaires des déplacements linéaires
Objet
G4
Vérification des écarts angulaires du déplacement suivant l'axe X :
a) dans le plan vertical XY perpendiculaire à l'axe de la broche (tangage E ) ;
CX
b) dans le plan horizontal ZX (lacet E ) ;
BX
c) dans le plan vertical YZ parallèle à l'axe de la broche (roulis E ).
AX
4.2.1 Schéma (en b, pour le mesurage du lacet, supprimer l'interféromètre inutile sur le banc)
a) b) c)
Tolérance
Pour a), b) et c) X 2 000 0,060/1 000 ou 12"
2 000 < X 3 200 0,065/1 000 ou 13"
3 200 < X 5 000 0,070/1 000 ou 14"
Tolérance locale : 0,016/1 000 (ou 16 µrad ou 3,2") pour une longueur mesurée de 300
Écart mesuré
X = ………….
a) b) c)
4.2.2 Instruments de mesure
a) (tangage E ) Niveau de précision ou instruments de mesure optique de l'écart angulaire
CX
b) (lacet E ) Instruments de mesure optique de l'écart angulaire
BX
c) (roulis E ) Niveau de précision
AX
Observations et références à l'ISO 230-1 8.4, 8.4.2
L'instrument de mesure doit être placé sur le composant mobile :
a) (tangage E ) longitudinalement,
CX
b) (lacet E ) horizontalement,
BX
c) (roulis E ) transversalement,
AX
et les mesurages doivent être effectués à au moins cinq emplacements régulièrement espacés le long de la
course, dans les deux sens de déplacement à chaque emplacement. La différence entre les indications maximale
et minimale est l'écart à consigner dans le rapport.
Lorsque le déplacement suivant l'axe X génère un déplacement angulaire de la tête porte-broche et de la table
porte-pièce, on doit procéder au mesurage différentiel des deux déplacements angulaires et le signaler. Dans ce
cas, lorsqu'on utilise un niveau de précision pour le mesurage, le niveau de référence doit être fixé sur un
composant fixe (tête porte-broche ou table porte-pièce) de la machine.
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