ISO 17543-1:2020
(Main)Machine tools — Test conditions for universal spindle heads — Part 1: Accessory heads for machines with horizontal spindle (horizontal Z-axis)
Machine tools — Test conditions for universal spindle heads — Part 1: Accessory heads for machines with horizontal spindle (horizontal Z-axis)
This document specifies, with reference to the ISO 230 series, some families of tests for accessory spindle heads used on machining centres or numerically controlled milling machines, etc., where applicable, with horizontal spindle (i.e. horizontal Z-axis). The tests considered in this document are also applicable to manual indexing heads. This document establishes the tolerances or maximum acceptable values for the test results corresponding to general purpose and normal accuracy spindle heads used on different types of machines. This document specifies several sets of procedures for geometric tests which can be carried out on different types of spindle heads for comparison, acceptance, maintenance, adjustments or any other purpose. Grinding heads and facing heads are not included in the scope of this document. This document deals only with the verification of geometric and positioning accuracy of the accessory spindle heads and does not apply to: — the testing of the machine's head(s) operation (e.g. vibration, abnormal sound noise level, stick slip motion of components); — the machine's spindle head(s) characteristics (e.g. speeds, feeds and accelerations) which are generally checked separately; or — the verification of the machining capability under power. Tests concerning the accuracy of finished test pieces are dealt with in other ISO standards.
Machines-outils — Conditions d'essai pour poupées porte-broche universelles — Partie 1: Têtes accessoires pour machines à broche horizontale (axe Z horizontal)
Le présent document spécifie, par référence à la série ISO 230, certaines familles d'essais pour les têtes de broche accessoires utilisées sur les centres d'usinage ou les fraiseuses à commande numérique, etc., le cas échéant, avec broche horizontale (c'est-à-dire axe horizontal Z). Les essais considérés dans le présent document sont également applicables aux têtes à indexage manuel. Le présent document établit également les tolérances ou les valeurs maximales acceptables pour les résultats d'essai correspondant aux têtes de broche à usage général et d'exactitude normale utilisées sur différents types de machines. Le présent document spécifie plusieurs séries de modes opératoires pour des essais géométriques qui peuvent être effectués sur différents types de têtes de broche pour la comparaison, la réception, la maintenance, le réglage ou en vue de tout autre objectif. Les têtes de meulage ne sont pas comprises dans le domaine d'application du présent document. Le présent document traite uniquement de la vérification de l'exactitude géométrique et de positionnement des têtes de broche accessoires et ne s'applique pas: — aux essais de fonctionnement de la (des) tête(s) de machine (par exemple, des vibrations, un niveau de bruit anormal, un mouvement saccadé des composants); — aux caractéristiques de la (des) tête(s) de broche de la machine (par exemple, vitesses, alimentations et accélérations), qui sont généralement vérifiées séparément; ou — à la vérification de la capacité d'usinage en fonctionnement. Les essais concernant l'exactitude des pièces d'essai finies sont traités dans d'autres normes ISO.
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17543-1
First edition
2020-03
Machine tools — Test conditions for
universal spindle heads —
Part 1:
Accessory heads for machines with
horizontal spindle (horizontal Z-axis)
Machines-outils — Conditions d'essai pour poupées porte-broche
universelles —
Partie 1: Têtes accessoires pour machines à broche horizontale (axe Z
horizontal)
Reference number
ISO 17543-1:2020(E)
©
ISO 2020
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ISO 17543-1:2020(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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Published in Switzerland
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ISO 17543-1:2020(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Preliminary remarks . 6
4.1 Measurement units. 6
4.2 Reference to ISO 230 . 6
4.3 Testing sequence . 6
4.4 Tests to be performed . 6
4.5 Measuring instruments . 7
4.6 Software compensation . 7
4.6.1 Head offset compensation . 7
4.6.2 Machine geometric compensation . 8
4.7 Diagrams . 8
4.8 Measuring length . 8
4.9 Tolerances . 8
5 Common geometric tests for spindles of all types of heads . 9
6 Geometric tests for all types of spindle heads .11
7 Angular positioning tests.27
Annex A (informative) Supplementary geometric tests for 45ᵒ split continuous heads .28
Annex B (informative) Supplementary geometric tests for swivelling heads .36
Annex C (informative) Tests for checking the accuracy of spindle axes of rotation .46
Bibliography .48
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ISO 17543-1:2020(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 of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2,
Test conditions for metal cutting machine tools.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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ISO 17543-1:2020(E)
Introduction
Accessory spindle heads are used on machine tools such as milling and boring machines, machining
centres, portal and gantry type machines, turning centres, with only one built-in spindle in the head or
ram, providing fixed or indexing or tilting spindles which can be oriented in directions different from
the built-in spindle axis.
In the same way as the built-in spindle, they can perform multiple machining operations including
milling, boring, drilling, grinding and tapping, and, in some cases, automatic tool changing as well from
a magazine or similar storage unit in accordance with a machining program.
Some types of heads allow to check only the resulting position of the spindle (as the fixed or indexing
ones considered in 3.3, 3.4 and 3.5 and in tests G1 to G15), whereas for some others, i.e. those with
continuous movement of the two rotary axes (as those considered in 3.6 and 3.7). Annexes A and B
allow to make additional analysis of the relative positions between axes and to check the accuracy of
their offset compensation as well.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17543-1:2020(E)
Machine tools — Test conditions for universal spindle
heads —
Part 1:
Accessory heads for machines with horizontal spindle
(horizontal Z-axis)
1 Scope
This document specifies, with reference to the ISO 230 series, some families of tests for accessory
spindle heads used on machining centres or numerically controlled milling machines, etc., where
applicable, with horizontal spindle (i.e. horizontal Z-axis). The tests considered in this document are
also applicable to manual indexing heads.
This document establishes the tolerances or maximum acceptable values for the test results
corresponding to general purpose and normal accuracy spindle heads used on different types of
machines.
This document specifies several sets of procedures for geometric tests which can be carried out on
different types of spindle heads for comparison, acceptance, maintenance, adjustments or any other
purpose.
Grinding heads and facing heads are not included in the scope of this document.
This document deals only with the verification of geometric and positioning accuracy of the accessory
spindle heads and does not apply to:
— the testing of the machine’s head(s) operation (e.g. vibration, abnormal sound noise level, stick slip
motion of components);
— the machine’s spindle head(s) characteristics (e.g. speeds, feeds and accelerations) which are
generally checked separately; or
— the verification of the machining capability under power.
Tests concerning the accuracy of finished test pieces are dealt with in other ISO standards.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 230-1:2012, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or quasi-static conditions
ISO 230-2:2014, Test code for machine tools — Part 2: Determination of accuracy and repeatability of
positioning of numerically controlled axes
ISO 230-7:2015, Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
© ISO 2020 – All rights reserved 1
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ISO 17543-1:2020(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 230-1, ISO 230-2, ISO 230-7
and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
universal head
spindle head with one or more spindles which are oriented, or can be oriented, parallel to more than
one coordinate axis
Note 1 to entry: Terminological entries 3.3 to 3.8 define several types of universal heads which are mostly used
on horizontal machining centres or numerically controlled milling machines.
Note 2 to entry: Table 1 shows the five possible orientations of the spindle parallel to the coordinate axes and a
short definition of the relevant direction.
Table 1 — Spindle orientations
Coordinate axis Direction Definition
Z Negative Longitudinal
X Positive Left
X Negative Right
Y Positive Upward
Y Negative Downward
3.2
accessory head
spindle head which can be mounted in front of a ram or a head already provided with its own tool
holding spindle
Note 1 to entry: The machine tool can perform machining operations both by its own spindle or by an accessory
head, and several different accessory heads can be stored in a head store.
Note 2 to entry: Square head (3.3) through tilting head (3.8) define several types of accessory heads which are
mostly used on horizontal machining centres or numerically controlled milling machines.
3.3
square head
spindle head with only one spindle perpendicular to the Z-axis, which can rotate around the Z-axis
Note 1 to entry: See Figure 1.
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ISO 17543-1:2020(E)
Key
1 spindle
Figure 1 — Square head
3.4
two-spindle square head
square head (3.3) with two spindles located perpendicular to each other, one parallel to the Z-axis and
the other perpendicular to the Z-axis, which can rotate around the Z-axis
Note 1 to entry: The two spindles can be coplanar or skew to each other.
Note 2 to entry: See Figure 2.
Key
1 longitudinal spindle
2 square spindle
Figure 2 — Two-spindle square head
3.5
45ᵒ split indexing head
spindle head with mechanical indexing function in a plane inclined by 45° with respect to the
horizontal Z-axis
Note 1 to entry: See Figure 3.
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ISO 17543-1:2020(E)
Key
1 spindle
2 spindle axis S
3 head base
4 C-axis (head base rotation)
5 rotary D-axis (45° oriented)
Figure 3 — 45ᵒ split head
3.6
45ᵒ split continuous head
spindle head provided with continuous positioning function by two numerically controlled axes of
rotation, namely the C-axis parallel to the horizontal Z-axis, and the D-axis in a plane inclined by 45°
with respect to the Z-axis
Note 1 to entry: Tests in Annex A check all the geometric features (planes and axes) which contribute to the
resulting angular position of the spindle, by-passing the positioning deviations of the two rotary axes; these tests
are also intended for a deeper investigation on the 45° split indexing heads (3.5), if their movements and locks
allow to do it.
Note 2 to entry: See Figure 3.
3.7
swivelling head
spindle head with two numerically controlled A-axis and C-axis perpendicular to each other
Note 1 to entry: The spindle axis S can be coplanar with C-axis (see Figure 4) or there can be a built-in offset
between the spindle axis S and the C-axis. (see Figure 5).
Note 2 to entry: Tests in Annex B check all the relative positions between couples of axes, as A and C, spindle and
A, spindle and C and their undesired offsets.
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ISO 17543-1:2020(E)
Key
1 spindle
2 C-axis (yoke rotation)
3 yoke body
4 A-axis (head rotation)
Figure 4 — Swivelling head
Key
1 spindle
2 C-axis (yoke rotation)
3 built-in offset
4 spindle axis S
5 A-axis (head rotation)
Figure 5 — Swivelling head with spindle offset
3.8
tilting head
spindle head rotating only around the X-axis
Note 1 to entry: See Figure 6.
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ISO 17543-1:2020(E)
Key
1 spindle
2 A-axis
Figure 6 — Tilting head
4 Preliminary remarks
4.1 Measurement units
In this document, 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
may be used for clarification purposes. Formula (1) should be used for conversion of the units of angular
deviations or tolerances.
0,010 / 1 000 = 10 μrad ≅ 2′′ (1)
4.2 Reference to ISO 230
To apply this document, reference shall be made to ISO 230-1, ISO 230-2 and ISO 230-7 when required,
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.
Where the test concerned is in compliance with the specifications of the relevant part of ISO 230 (i.e.
ISO 230-1, ISO 230-2 or ISO 230-7), a reference to the corresponding subclause of that standard is
shown before the instructions in the “Observations” block of the tests described in Clauses 5, 6 and 7
and in Annexes A to C.
4.3 Testing sequence
The sequence in which the tests are presented in this document 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.
4.4 Tests to be performed
When testing a machine, it is neither always necessary nor possible to carry out all the tests described
in this document. When the tests are required for acceptance purposes, it is up to the user to choose,
in agreement with the supplier/manufacturer, the relevant tests relating to the specific type of spindle
head and/or the properties of the head. These tests are to be clearly stated when ordering either a
machine with accessory head/(s) or a single head. A simple reference to this document for the acceptance
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ISO 17543-1:2020(E)
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.
Tests shown in this document check only the resulting position of the spindle axis in the possible
orientations of the head, and they are intended to be used for acceptance purposes.
Annexes A and B contain additional tests to check all the geometric features (planes and axes) which
contribute to the resulting position of the spindle, by-passing the positioning deviations of the two
rotary axes; these tests provide a technical means for a deeper investigation and a diagnostic analysis
on the accuracy of the head components and of their assembly, both on a new head and during the
working life of a head in use.
Annex C contains tests for checking the accuracy of axes of rotation.
4.5 Measuring instruments
Measuring instruments indicated in the tests described in Clauses 5, 6, 7 and in Annexes A to C are
only examples. Other instruments capable of measuring the same quantities and having the same, or a
smaller, measurement uncertainty may 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 (DTIs), but any type of linear
displacement sensor such as analogue or digital dial gauges, linear variable differential transformers
(LVDTs), linear scale displacement gauges or noncontacting 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, ceramic, steel, cast iron straightedge, one arm of a square, one generating line on a
cylindrical 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 cylindrical square, a reference cube or, again,
a special, dedicated artefact.
Valuable information for measuring instruments is available in ISO/TR 230-11.
4.6 Software compensation
4.6.1 Head offset compensation
The NC control can compensate offsets between axes, which can result from either of the following:
— the head design: e.g. in two-spindle square heads with rigid body the cross-spindle can lie in a
different plane from the longitudinal spindle (see Figure 2) or in swivelling heads with the A-axis
perpendicular to the C-axis the spindle axis S can swivel in a plane not containing the C-axis
(see Figure 5);
— the natural small inaccuracies in machining and assembling the head components (see Figure 3 and
Figure 4).
In this second case, the concerned tests may be carried out with and/or without applying the offset
compensation, according to the test purpose, and this should be specified in the test report for every
concerned test.
This double option of test allows assessing both the original mechanical accuracy and the offset
compensation accuracy. The intended use of the machine tool shall be considered.
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ISO 17543-1:2020(E)
4.6.2 Machine geometric compensation
When software facilities are available for compensating certain geometric deviations of the machine,
the tests considered in this document should be carried out with these compensations. 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 cannot be locked for test purposes.
4.7 Diagrams
For reasons of simplicity, the diagrams in this document illustrate only some types of spindle heads
and machine configurations. Their main purpose is to show the movements to be operated and the
orientation of the coordinate axes.
4.8 Measuring length
When a test requires the use of a test mandrel, the measuring length is 250 mm for the usual test
mandrels 300 mm long. If a different measuring length is required, test mandrels of adequate length
shall be provided accordingly.
4.9 Tolerances
In this document, all tolerance values (see ISO 230-1:2012, 4.1) are guidelines. When they are used for
acceptance purposes, other values may be agreed 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 document
(see ISO 230-1:2012, 4.1.2), it shall be taken into consideration that the minimum value of tolerance is
0,005 mm.
8 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 17543-1:2020(E)
5 Common geometric tests for spindles of all types of heads
Object G1
Checking of axial error motion of the spindle.
Diagram
Tolerance Measured deviation
0,005
Measuring instruments
Dial gauge and precision sphere with special fixture.
Observations and references to ISO 230-1:2012, 9.1 (see also ISO 230-7)
This test shall be performed on all working spindles.
NOTE See also test CR1 in Annex C.
© ISO 2020 – All rights reserved 9
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ISO 17543-1:2020(E)
Object G2
Checking of run-out of internal taper of the spindle:
a) as close as possible to the spindle nose;
b) at a distance of 250 mm from the first measuring position in a).
Diagram
Tolerance Measured deviation
a) 0,010 a)
b) 0,020 b)
Measuring instruments
Test mandrel and dial gauge.
Observations and references to ISO 230-1:2012, 12.5.3
This test shall be performed on all working spindles.
NOTE See also test CR1 in Annex C.
10 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 17543-1:2020(E)
6 Geometric tests for all types of spindle heads
In the following test descriptions, diagrams are provided for square heads, 45ᵒ split heads and swivelling
heads. Similar setups are used for swivelling heads and tilting heads. Most tests are applicable to all
types of heads. Few exceptions are mentioned in the relevant objects.
Object G3
Checking of parallelism of the spindle axis S in the horizontal longitudinal orientation to the Z-axis
motion:
a) in the vertical YZ plane E ;
A(0Z)SPINDLE
b) in the horizontal ZX plane E .
B(0Z)SPINDLE
(This test is applicable to universal heads non-rotating around the C-axis, and is not applicable to
heads in Figure 1. For spindle heads capable of rotating 360° around the C-axis, test G13 applies).
Diagram
a)
b)
Tolerance Measured deviation
For a) and b) a)
0,100/1 000 (0,025/250) b)
Measuring instruments
Test mandrel and dial gauge.
Observations and references to ISO 230-1:2012, 10.1.4 and 10.1.4.3
For a), Y-axis to be locked, if possible.
For b), X-axis to be locked, if possible.
The orientation of the deviation of the spindle axis S to the Z-axis, in both planes, shall be noted.
For tilting heads, the result of test a) includes the possible E positioning deviation of the A-axis at 0°.
AA
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ISO 17543-1:2020(E)
Object G4
Checking of squareness of the spindle axis S in the horizontal longitudinal orientation to the X-axis
motion E (not applicable to universal heads in Figure 1).
B(0X)SPINDLE
Diagram
Tolerance Measured deviation
0,100/1 000 (0,025/250)
Measuring instruments
Straightedge, special arm and dial gauge.
Observations and references to ISO 230-1:2012, 10.3 and 10.3.3
Z-axis to be locked, if possible.
Set the straightedge parallel to the X-axis, or the lack of parallelism shall be considered in the meas-
urement. Set the dial gauge on the special arm mounted to the spindle. Touch the reference surface of
the straightedge by the dial gauge stylus and zero the dial gauge.
Then, rotate the spindle until the stylus touches the reference face of the straightedge again. The dif-
ference between the two readings divided by the distance between the two measuring points is the
squareness error.
The special arm shall be stiff enough so as to prevent any possible reading errors due to its opposite
deflections in the two measurement positions.
Alternatively, this test can be carried out without the straightedge, with only one gauge block in the
centre of the table. The dial gauge shall touch the same point of the gauge block before and after ro-
tating the spindle through 180° and moving the X-axis through the necessary travel.
The value of angle, α, being less than, equal to or greater than 90° shall be noted.
12 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 17543-1:2020(E)
Object G5
Checking of squareness of the spindle axis S in the horizontal orientation to the Y-axis motion
E (not applicable to universal heads in Figure 1).
A(0Y)SPINDLE
Diagram
Tolerance Measured deviation
0,100/1 000 (0,025/250)
Measuring instruments
Square, special arm and dial gauge.
Observations and references to ISO 230-1:2012, 10.3 and 10.3.3
Z-axis to be locked, if possible.
The measurement side of the square or cylindrical square should be set parallel to the Y-axis, or the
lack of parallelism shall be taken into account in the measurement.
Set the dial gauge on the special arm mounted to the spindle. Touch the measurement side of the
square by the dial gauge stylus and zero the dial gauge.
Then, rotate the spindle until the stylus touches the measurement side of the square again. The dif-
ference between the two readings divided by the distance between the two measuring points is the
squareness error.
The special arm shall be stiff enough so as to prevent any possible reading errors due to its opposite
deflections in the two measurement positions.
Alternatively, the dial gauge shall touch the same point of the square or cylindrical square before and
after rotating the spindle through 180° and moving the Y-axis through the necessary travel.
The value of angle, α, being less than, equal to or greater than 90°, shall be noted.
For swivelling heads and tilting heads, the result of this test includes the possible E positioning
AA
deviation of the A-axis at 0°.
© ISO 2020 – All rights reserved 13
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ISO 17543-1:2020(E)
Object G6
Checking of parallelism of the spindle axis S in either of the two vertical orientations (upward and
downward) to the Y-axis motion:
a) with the spindle in the downward orientation:
1) in the vertical XY plane E ;
C(0Y)SPINDLE, DOWNWARD
2) in the vertical YZ plane E ;
A(0Y)SPINDLE, DOWNWARD
b) with the spindle in the upward orientation:
1) in the vertical XY plane E ;
C(0Y)SPINDLE, UPWARD
2) in the vertical YZ plane E .
A(0Y)SPINDLE, UPWARD
(Not applicable to heads where the spindle cannot be oriented parallel to the Y-axis)
Diagram
a) b)
Tolerance Measured deviation
For a) and b) a1) b1)
0,100/1 000 (0,025/250) a2) b2)
Measuring instruments
Test mandrel and dial gauge.
Observations and references to ISO 230-1:2012, 10.1.4 and 10.1.4.3
For a1) and b1), X-axis to be locked, if possible.
For a2) and b2), Z-axis to be locked, if possible.
The orientation of the deviation of the spindle axis S to the Y-axis, in both positions and in both
planes,
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 17543-1
Première édition
2020-03
Machines-outils — Conditions
d'essai pour poupées porte-broche
universelles —
Partie 1:
Têtes accessoires pour machines à
broche horizontale (axe Z horizontal)
Machine tools — Test conditions for universal spindle heads —
Part 1: Accessory heads for machines with horizontal spindle
(horizontal Z-axis)
Numéro de référence
ISO 17543-1:2020(F)
©
ISO 2020
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ISO 17543-1:2020(F)
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© ISO 2020
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ISO 17543-1:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Observations préliminaires . 6
4.1 Unités de mesure . 6
4.2 Référence à l’ISO 230 . 6
4.3 Ordre des essais . 6
4.4 Essais à réaliser . 6
4.5 Instruments de mesure . 7
4.6 Compensation par logiciel. 7
4.6.1 Compensation du décalage de la tête . 7
4.6.2 Compensation géométrique de la machine . 8
4.7 Schémas . 8
4.8 Étendue de mesure . 8
4.9 Tolérances . 8
5 Essais géométriques communs pour les broches de tous les types de têtes .9
6 Essais géométriques pour tous les types de têtes de broche .11
7 Essais de positionnement angulaire du mouvement .28
Annexe A (informative) Essais géométriques supplémentaires pour les têtes à indexage
continu à 45° .30
Annexe B (informative) Essais géométriques supplémentaires pour les têtes pivotantes .38
Annexe C (informative) Essais de vérification de l’exactitude des axes de rotation de la broche .48
Bibliographie .51
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ISO 17543-1:2020(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 attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ 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 nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 39, Machines-outils, sous-comité SC 2,
Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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ISO 17543-1:2020(F)
Introduction
Les têtes de broche accessoires sont utilisées sur les machines-outils telles que les fraiseuses et
aléseuses, les centres d’usinage, les machines de type portique, les centres de tournage, comportant
une seule broche intégrée dans la tête ou le coulant, possédant des broches fixes, ou à indexage ou
inclinables qui peuvent être orientées dans des directions différentes de celle de l’axe de la broche
intégrée.
De la même manière que la broche intégrée, elles peuvent réaliser des opérations d’usinage multiples,
comprenant le fraisage, l’alésage, le perçage, le meulage et le taraudage, ainsi que dans certains cas le
changement automatiques d’outil, aussi bien à partir d’un magasin que d’une unité de stockage similaire
dans le cadre d’un programme d’usinage.
Certains types de têtes permettent de vérifier uniquement la position résultante de la broche (comme
celles fixes ou à indexage traitées en 3.3, 3.4 et 3.5 et dans les essais G1 à G15), tandis que pour d’autres,
c’est-à-dire celles à mouvement continu des deux axes rotatifs (comme celles traitées en 3.6 et 3.7), les
Annexes A et B permettent d’effectuer une analyse supplémentaire des positions relatives entre les axes
et de vérifier également l’exactitude de leur compensation de décalage.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17543-1:2020(F)
Machines-outils — Conditions d'essai pour poupées porte-
broche universelles —
Partie 1:
Têtes accessoires pour machines à broche horizontale (axe
Z horizontal)
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie, par référence à la série ISO 230, certaines familles d’essais pour les têtes
de broche accessoires utilisées sur les centres d’usinage ou les fraiseuses à commande numérique, etc.,
le cas échéant, avec broche horizontale (c’est-à-dire axe horizontal Z). Les essais considérés dans le
présent document sont également applicables aux têtes à indexage manuel.
Le présent document établit également les tolérances ou les valeurs maximales acceptables pour les
résultats d’essai correspondant aux têtes de broche à usage général et d’exactitude normale utilisées
sur différents types de machines.
Le présent document spécifie plusieurs séries de modes opératoires pour des essais géométriques qui
peuvent être effectués sur différents types de têtes de broche pour la comparaison, la réception, la
maintenance, le réglage ou en vue de tout autre objectif.
Les têtes de meulage ne sont pas comprises dans le domaine d’application du présent document.
Le présent document traite uniquement de la vérification de l’exactitude géométrique et de
positionnement des têtes de broche accessoires et ne s’applique pas:
— aux essais de fonctionnement de la (des) tête(s) de machine (par exemple, des vibrations, un niveau
de bruit anormal, un mouvement saccadé des composants);
— aux caractéristiques de la (des) tête(s) de broche de la machine (par exemple, vitesses, alimentations
et accélérations), qui sont généralement vérifiées séparément; ou
— à la vérification de la capacité d’usinage en fonctionnement.
Les essais concernant l’exactitude des pièces d’essai finies sont traités dans d’autres normes ISO.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 230-1:2012, Code d'essai des machines-outils — Partie 1: Exactitude géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-statiques
ISO 230-2:2014, Code d'essai des machines-outils — Partie 2: Détermination de l'exactitude et de la
répétabilité de positionnement des axes à commande numérique
ISO 230-7:2015, Code d'essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
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ISO 17543-1:2020(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 230-1, l’ISO 230-2 et l’ISO 230-7
ainsi que les suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
tête universelle
tête de broche comportant une ou plusieurs broches qui sont orientées, ou qui peuvent être orientées,
parallèle à plus d’un axe de coordonnées
Note 1 à l'article: Les paragraphes 3.3 à 3.8 définissent plusieurs types de têtes universelles qui sont
principalement utilisées sur les centres d’usinage horizontaux ou les fraiseuses à commande numérique.
Note 2 à l'article: Le Tableau 1 présente les cinq orientations possibles de la broche parallèlement aux axes de
coordonnées et une brève définition de la direction correspondante.
Tableau 1 — Orientations de la broche
Axe de coordonnées Direction Définition
Z Négative Longitudinale
X Positive Gauche
X Négative Droite
Y Positive Montée
Y Négative Descente
3.2
tête accessoire
tête de broche pouvant être montée devant un coulisseau ou une tête de broche, déjà pourvue de sa
propre broche porte-outil
Note 1 à l'article: La machine-outil peut effectuer des opérations d’usinage aussi bien par sa propre broche que
par une tête accessoire, et plusieurs têtes accessoires différentes peuvent être stockées dans un magasin de têtes.
Note 2 à l'article: Les paragraphes 3.3 à 3.8 définissent plusieurs types de têtes accessoires qui sont principalement
utilisées sur les centres d’usinage horizontaux ou les fraiseuses à commande numérique.
3.3
tête à angle droit
tête de broche comportant une seule broche perpendiculaire à l’axe Z qui peut tourner autour de l’axe Z
Note 1 à l'article: Voir Figure 1.
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Légende
1 broche
Figure 1 — Tête à angle droit
3.4
tête à angle droit à deux broches
tête à angle droit (3.3) comportant deux broches situées perpendiculairement l’une par rapport à l’autre,
l’une parallèle à l’axe Z et l’autre perpendiculaire à l’axe Z qui peut tourner autour de l’axe Z
Note 1 à l'article: Les deux broches peuvent être coplanaires ou en biais l’une par rapport à l’autre.
Note 2 à l'article: Voir Figure 2.
Légende
1 broche longitudinale
2 broche à angle droit
Figure 2 — Tête à angle droit à deux broches
3.5
tête à indexage mécanique à 45°
tête de broche comportant une fonction à indexage mécanique sur un plan incliné à 45° par rapport à
l’axe Z horizontal
Note 1 à l'article: Voir Figure 3.
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Légende
1 broche
2 axe S de la broche
3 base de la tête
4 axe C (rotation de la base de la tête)
5 axe rotatif D (orienté d’un angle de 45°)
Figure 3 — Tête à indexage à 45°
3.6
tête à indexage continu à 45°
tête de broche fournie avec une fonction de positionnement continu par deux axes de rotation à
commande numérique, à savoir l’axe C parallèle à l’axe horizontal Z, et l’axe D sur un plan incliné à 45°
par rapport à l’axe Z
Note 1 à l'article: Les essais de l’Annexe A vérifient toutes les caractéristiques géométriques (plans et axes) qui
contribuent à la position angulaire résultante de la broche, en contournant les écarts de positionnement des deux
axes rotatifs; ces essais peuvent également être utilisés pour une étude plus approfondie des têtes à indexage
à 45° (voir 3.5), si leurs mouvements et blocages le permettent.
Note 2 à l'article: Voir Figure 3.
3.7
tête pivotante
tête de broche à deux axes à commande numérique, l’axe A et l’axe C, perpendiculaires l’un à l’autre
Note 1 à l'article: L’axe de la broche S peut être coplanaire avec l’axe C (voir Figure 4) ou il peut exister un décalage
intégré entre l’axe de la broche S et l’axe C (voir Figure 5).
Note 2 à l'article: Les essais de l’Annexe B vérifient toutes les positions relatives entre les couples d’axes, comme
A et C, la broche et A, la broche et C, et leurs décalages non souhaités.
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Légende
1 broche
2 axe C (rotation du chariot porte-broche)
3 chariot porte-broche
4 axe A (rotation de la tête)
Figure 4 — Tête pivotante
Légende
1 broche
2 axe C (rotation du chariot porte-broche)
3 décalage intégré
4 axe S de la broche
5 axe A (rotation de la tête)
Figure 5 — Tête pivotante avec décalage de la broche
3.8
tête inclinable
tête de broche tournant uniquement autour de l’axe X
Note 1 à l'article: Voir Figure 6.
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Légende
1 broche
2 axe A
Figure 6 — Tête inclinable
4 Observations préliminaires
4.1 Unités de mesure
Dans le présent document, toutes les dimensions linéaires, les écarts ainsi que 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
comme méthode principale, mais dans certains cas les microradians ou les secondes d’arc peuvent être
utilisés pour des besoins de clarification. Il convient d’utiliser la Formule (1) pour la conversion des
unités des écarts angulaires ou des tolérances:
0,010 / 1 000 = 10 μrad ≅ 2′′ (1)
4.2 Référence à l’ISO 230
Pour appliquer le présent document, la référence doit être faite aux normes ISO 230-1, ISO 230-2
et ISO 230-7 lorsque requis, en particulier pour l’installation de la machine avant essais, la mise en
température de la broche et des autres composants mobiles, la description des méthodes de mesure
ainsi que l’incertitude recommandée pour les équipements d’essai.
Lorsque l’essai concerné est conforme aux spécifications de la partie applicable de la série ISO 230 (c’est-
à-dire ISO 230-1, ISO 230-2 ou ISO 230-7), une référence au paragraphe correspondant de la norme en
question figure avant les instructions de la section «Observations» des essais décrits aux Articles 5, 6
et 7 et aux Annexes A à C.
4.3 Ordre des essais
L’ordre dans lequel les essais sont présentés dans le présent document ne définit nullement l’ordre
pratique des essais. Pour faciliter le montage des instruments ou la vérification, les essais peuvent être
réalisés dans n’importe quel ordre.
4.4 Essais à réaliser
Lors de l’essai d’une machine, il n’est pas toujours nécessaire ni possible d’effectuer la totalité des essais
décrits dans le présent document. Lorsque les essais sont requis à des fins de réception, il appartient
à l’utilisateur de choisir en accord avec le fournisseur/fabricant les essais pertinents relatifs au
type spécifique de tête de broche et/ou aux propriétés de la tête. Ces essais doivent être clairement
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spécifiés lors de la commande soit d’une machine avec une (des) tête(s) accessoire(s), soit d’une simple
tête. Une simple référence au présent document pour les essais de réception, sans spécification des
essais à effectuer et sans accord sur les dépenses correspondantes ne peut être considérée comme un
engagement pour aucun des contractants.
Les essais du présent document ne vérifient que la position résultante de l’axe de la broche dans les
orientations possibles de la tête et ils sont destinés à être utilisés à des fins de réception.
Les Annexes A et B contiennent des essais supplémentaires pour vérifier toutes les caractéristiques
géométriques (plans et axes) qui contribuent à la position résultante de la broche, en contournant les
écarts de positionnement des deux axes rotatifs; ces essais procurent un moyen technique pour une
étude plus approfondie et une analyse de diagnostic sur l’exactitude des composants de la tête et de leur
assemblage, à la fois sur une nouvelle tête et pendant la durée de vie d’une tête en utilisation.
L’Annexe C contient des essais de vérification de l’exactitude des axes de rotation de la broche.
4.5 Instruments de mesure
Les instruments de mesure mentionnés pour les essais décrits aux Articles 5, 6 et 7 et aux Annexes A
à C ne le sont qu’à titre d’exemple. D’autres instruments, pouvant mesurer les mêmes grandeurs et
ayant une incertitude de mesure identique ou inférieure, peuvent être utilisés. Il doit être fait référence
à l’ISO 230-1:2012, Article 5, qui indique la relation entre les incertitudes de mesure et les tolérances.
Lorsqu’il est fait référence à un comparateur, cela peut signifier qu’il ne s’agit pas seulement d’indicateurs
d’essai (DTI), mais de tout type de capteur de déplacement linéaire comme des comparateurs
analogiques ou numériques, des transformateurs différentiels linéaires variables (LVDT), des capteurs
de déplacement à échelle linéaire, ou des capteurs sans contact lorsqu’ils sont applicables à l’essai
concerné (voir l’ISO 230-1:2012, Article 4).
De manière similaire, lorsqu’il est fait référence à une règle, cela peut signifier n’importe quel type
d’artefact de référence de la rectitude, tel qu’une règle en granit, céramique, acier ou fonte, un bras
d’une équerre, une génératrice d’une équerre cylindrique, tout trajet droit sur un cube de référence ou
un artefact spécial dédié, fabriqué pour s’adapter aux rainures T, ou d’autres références.
De la même manière, lorsqu’une équerre est mentionnée, cela peut signifier tout type d’artefact de
référence de la perpendicularité, tel qu’une équerre en granit, ou céramique, ou acier ou fonte, une
équerre cylindrique, un cube de référence ou, encore une fois, un artefact spécial dédié.
Des informations importantes sur les instruments de mesure sont disponibles dans l’ISO/TR 230-11.
4.6 Compensation par logiciel
4.6.1 Compensation du décalage de la tête
La commande numérique peut compenser les décalages entre les axes, qui peuvent résulter de n’importe
lequel des éléments suivants:
— la conception de la tête: par exemple, dans les têtes à deux broches à corps rigide, la broche
transversale peut se trouver dans un plan différent de celui de la broche longitudinale (voir Figure 2),
ou dans des têtes pivotantes avec l’axe A perpendiculaire à l’axe C, l’axe de la broche S peut pivoter
dans un plan ne contenant pas l’axe C (voir Figure 5);
— les petites imprécisions naturelles de l’usinage et du montage des composants de la tête (voir
Figure 3 et Figure 4).
Dans ce second cas, les essais concernés peuvent être réalisés avec et/ou sans appliquer la compensation
de décalage, en fonction de l’objectif de l’essai, et il convient que cela soit spécifié dans le rapport d’essai
pour chaque essai concerné.
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Cette double option d’essai permet d’évaluer à la fois l’exactitude mécanique d’origine et l’exactitude de
la compensation de décalage. L’usage prévu de la machine-outil doit être pris en compte.
4.6.2 Compensation géométrique de la machine
Lorsque des équipements logiciels sont disponibles pour compenser certains écarts géométriques
de la machine, il convient que les essais décrits dans le présent document soient réalisés avec ces
compensations. Lorsque la compensation par logiciel est utilisée, cela doit être indiqué dans le rapport
d’essai. Il doit être noté que, lorsqu’une compensation de logiciel est utilisée, les axes ne peuvent pas
être bloqués pour les besoins de l’essai.
4.7 Schémas
Pour des raisons de simplicité, les schémas du présent document illustrent uniquement certains
types de têtes de broche et de configurations de machines. Leur objectif principal est de montrer les
mouvements à opérer et l’orientation des axes des coordonnées.
4.8 Étendue de mesure
Lorsqu’un essai requiert l’utilisation d’un mandrin d’essai, la longueur de mesurage est de 250 mm pour
les mandrins d’essai habituels de 300 mm de long. Si une longueur de mesurage différente est requise,
des mandrins d’essai de longueur adéquate doivent être fournis en conséquence.
4.9 Tolérances
Dans le présent document, toutes les valeurs de tolérance (voir l’ISO 230-1:2012, 4.1) sont des lignes
directrices. Lorsqu’elles sont utilisées à des fins de réception, d’autres valeurs peuvent faire l’objet
d’un accord entre l’utilisateur et le fabricant/fournisseur. Les valeurs de tolérance requises/acceptées
doivent être clairement spécifiées lors de la commande de la machine.
Pour établir la tolérance pour une longueur de mesurage différente de celle donnée dans le présent
document (voir l’ISO 230-1:2012, 4.1.2), il doit être pris en considération que la valeur minimale de
tolérance est 0,005 mm.
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5 Essais géométriques communs pour les broches de tous les types de têtes
Objet G1
Vérification de l’erreur de mouvement axial de la broche.
Schéma
Tolérance Erreur mesurée
0,005
Instruments de mesure
Comparateur et sphère de précision avec un élément de fixation spécial.
Observations et références à l’ISO 230-1:2012, 9.1 (voir également l’ISO 230-7)
Cet essai doit être réalisé sur toutes les broches en service.
NOTE Voir aussi l’essai CR1 à l'Annexe C.
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Objet G2
Vérification du battement radial du cône interne de la broche:
a) aussi près que possible du nez de broche;
b) à une distance de 250 mm de la première position de mesurage en a).
Schéma
Tolérance Erreur mesurée
a) 0,010 a)
b) 0,020 b)
Instruments de mesure
Mandrin d’essai et comparateur.
Observations et références à l’ISO 230-1:2012, 12.5.3
Cet essai doit être réalisé sur toutes les broches en service.
NOTE Voir également l’essai CR1 à l’Annexe C.
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6 Essais géométriques pour tous les types de têtes de broche
Dans les descriptions d’essai suivantes, les schémas sont fournis pour les têtes à angle droit, les têtes
à indexage à 45° et les têtes pivotantes. Des configurations similaires sont utilisées pour les têtes
pivotantes et les têtes inclinables. La majorité des essais sont applicables à tous les types de têtes. Peu
d’exceptions sont mentionnées dans les objets pertinents.
Objet G3
Vérification du parallélisme entre l’axe de la broche S dans l’orientation longitudinale horizontale et le
mouvement de l’axe Z:
a) dans le plan vertical YZ, E ;
A(0Z)BROCHE
b) dans le plan horizontal ZX, E .
B(0Z)BROCHE
(Cet essai est applicable aux têtes de broche qui ne tournent pas autour de l’axe C et ne s’applique
pas aux têtes de la Figure 1. Pour les têtes de broche capables de tourner à 360° autour de l’axe C,
l’essai G13 s’applique).
Schéma
a)
b)
Tolérance Erreur mesurée
Pour a) et b) a)
0,100/1 000 (0,025/250) b)
Instruments de mesure
Mandrin d’essai et comparateur.
Observations et références à l’ISO 230-1:2012, 10.1.4 et 10.1.4.3
Pour a), bloquer l’axe Y, si possible.
Pour b), bloquer l’axe X, si possible.
L’orientation de l’écart entre l’axe de la broche S et l’axe Z, dans les deux plans, doit être notée.
Pour les têtes inclinables, le résultat de l’essai a) comprend l’écart de positionnement E possible de
AA
l’axe A à 0°.
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Objet G4
Vérification de la perpendicularité entre l’axe de la broche S dans l’orientation longitudinale horizontale
et le mouvement de l’axe X, E (non applicable aux têtes de la Figure 1).
B(0X)BROCHE
Schéma
Tolérance Erreur mesurée
0,100/1 000 (0,025/250)
Instruments de mesure
Règle, bras spécial et comparateur.
Observations et références à l’ISO 230-1:2012, 10.3 et 10.3.3
Axe Z bloqué pendant les mesurages, si possible.
Placer la règle parallèlement à l’axe X, ou le défaut de parallélisme doit être pris en compte dans le
mesurage.
Placer le comparateur sur le bras spécial monté sur la broche. Toucher la surface de référence de la
règle avec le stylet du comparateur et mettre le comparateur à zéro.
Tourner ensuite la broche jusqu’à ce que le stylet touche à nouveau la face de référence de la règle. La
différence entre les deux indications divisées par la distance entre les deux points de mesure corres-
pond à l’erreur de perpendicularité.
Le bras spécial doit être suffisamment rigide pour empêcher toute erreur éventuelle de relevé due à
ses déviations opposées dans les deux positions de mesurage.
En variante, cet essai peut être effectué
...
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