Test conditions for machining centres — Part 2: Geometric tests for machines with vertical spindle or universal heads with vertical primary rotary axis (vertical Z-axis)

Conditions d'essai des centres d'usinage — Partie 2: Essais géométriques des machines à broche verticale ou à têtes universelles à axe principal de rotation vertical (axe Z vertical)

La présente partie de l'ISO 10791 spécifie, par référence à l'ISO 230-1, les essais géométriques pour centres d'usinage (ou les machines de fraisage, d'alésage, etc., à commande numérique, le cas échéant) à broche verticale (c'est-à-dire à axe Z vertical). La présente partie de l'ISO 10791 s'applique aux centres d'usinage ayant comme base trois axes commandés numériquement, c'est-à-dire trois linéaires (X, Y et Z) jusqu'à 2 000 mm de long, mais elle traite également des mouvements supplémentaires, tels que les axes rotatifs (A', B' et C'), ceux liés aux broches coulissantes, aux coulants ou aux têtes universelles. 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 décrit les essais géométriques pour les broches horizontales en variante de même que pour les deux types possibles de têtes universelles dans les annexes suivantes: - annexe A: broches horizontales en variante (essais AG1 à AG6); - annexe B: têtes rotatives, à un axe de rotation contrôlé numériquement (essais BG1 et BG2); - annexe C: têtes pivotantes, à deux axes de rotation contrôlés numériquement et perpendiculaires l'un par rapport à l'autre (essais CG1 à CG7). La présente partie de l'ISO 10791 ne traite que du contrôle de la précision de la machine. Elle ne concerne pas l'examen de son fonctionnement, qu'il est recommandé d'effectuer séparément. Certains essais concernant les performances de la machine fonctionnant à vide ou dans des conditions de finition sont traités dans d'autres parties de l'ISO 10791.

General Information

Status
Published
Publication Date
14-Mar-2001
Current Stage
9092 - International Standard to be revised
Start Date
29-May-2020
Completion Date
29-May-2020
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ISO 10791-2:2001 - Test conditions for machining centres
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ISO 10791-2:2001 - Conditions d'essai des centres d'usinage
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10791-2
First edition
2001-03-01
Test conditions for machining centres —
Part 2:
Geometric tests for machines with vertical
spindle or universal heads with vertical
primary rotary axis (vertical Z-axis)
Conditions d'essai des centres d'usinage —
Partie 2: Essais géométriques des machines à broche verticale ou à têtes
universelles à axe principal de rotation vertical (axe Z vertical)
Reference number
ISO 10791-2:2001(E)
ISO 2001
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ISO 10791-2:2001(E)
PDF disclaimer

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© ISO 2001

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or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or ISO's member body

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Printed in Switzerland
ii © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 10791-2:2001(E)
Contents Page

Foreword.....................................................................................................................................................................iv

Introduction.................................................................................................................................................................v

1 Scope ..............................................................................................................................................................1

2 Normative references ....................................................................................................................................1

3 Preliminary remarks ......................................................................................................................................2

3.1 Measuring units .............................................................................................................................................2

3.2 Reference to ISO 230-1..................................................................................................................................2

3.3 Testing sequence...........................................................................................................................................2

3.4 Tests to be performed ...................................................................................................................................2

3.5 Measuring instruments .................................................................................................................................2

3.6 Diagrams.........................................................................................................................................................2

3.7 Pallets .............................................................................................................................................................2

3.8 Software compensation ................................................................................................................................3

3.9 Machine configurations ................................................................................................................................3

3.10 Designation ....................................................................................................................................................3

3.11 Minimum tolerance ........................................................................................................................................3

4 Geometric tests..............................................................................................................................................6

4.1 Straightness of linear motions.....................................................................................................................6

4.2 Angular deviations of linear motions ..........................................................................................................9

4.3 Squareness between linear motions .........................................................................................................12

4.4 Spindle ..........................................................................................................................................................15

4.5 Table or pallet...............................................................................................................................................20

4.6 Supplementary axis (W-axis) parallel to the Z-axis..................................................................................24

Annex A (normative) Optional horizontal spindles ...............................................................................................26

Annex B (normative) Rotary heads .........................................................................................................................32

Annex C (normative) Swivel heads .........................................................................................................................34

Bibliography..............................................................................................................................................................41

© ISO 2001 – All rights reserved iii
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ISO 10791-2:2001(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO

member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical

committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has

the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in

liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical

Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.

Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.

Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 10791 may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

International Standard ISO 10791-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools,

Subcommittee SC 2, Test conditions for metal cutting machine tools.

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 and with accessory heads (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 feeds, speeds and interpolations
� Part 7: Accuracy of a finished test piece

� Part 8: Evaluation of the 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
� Part 11: Evaluation of the noise emission
Annexes A, B and C form a normative part of this part of ISO 10791.
iv © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 10791-2:2001(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 programme.

The purpose of ISO 10791 is to supply information as wide and comprehensive as possible on tests and checks

which can be carried out for comparison, acceptance, maintenance or any other purpose.

ISO 10791 specifies, by reference to the relevant parts of ISO 230, Test code for machine tools, several families of

tests for machining centres with horizontal or vertical spindle or with universal heads of different types, standing

alone or integrated in flexible manufacturing systems. ISO 10791 also establishes the tolerances or maximum

acceptable values for the test results corresponding to general purpose and normal accuracy machining centres.

ISO 10791 is also applicable, totally or partially, to numerically controlled milling and boring machines, when their

configuration, components and movements are compatible with the tests described herein.

© ISO 2001 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10791-2:2001(E)
Test conditions for machining centres —
Part 2:
Geometric tests for machines with vertical spindle or universal
heads with vertical primary rotary axis (vertical Z-axis)
1 Scope

This part of ISO 10791 specifies, with reference to ISO 230-1, the geometric tests for machining centres (or

numerically controlled milling machines, boring machines, etc., where applicable) with vertical spindle (that is

vertical Z-axis).

This part of ISO 10791 applies to machining centres having basically three numerically controlled axes, that is three

linear axes (X, Y and Z) of up to 2 000 mm length, but also refers to supplementary motions, such as rotary axes

(A�,B� and C�), those of rams, quill, or universal heads. Motions 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 describes geometric tests for optional horizontal spindles as well as for two possible types

of universal heads in the following annexes:
� annex A: optional horizontal spindles (tests AG1 to AG6);

� annex B: rotary heads, with one numerically controlled rotary axis (tests BG1 and BG2);

� annex C: swivel heads, with two numerically controlled rotary axes perpendicular to each other (tests CG1 to

CG7).

This part of ISO 10791 deals only with the verification of the accuracy of the machine. It does not apply to the

testing of the machine operation, which should be checked separately. Some tests concerning the performance of

the machine operating under no-load or finishing conditions are included in other parts of ISO 10791.

2 Normative references

The following normative documents contain provisions, which, through reference in this text, constitute provisions

of this part of ISO 10791. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these

publications do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 10791 are encouraged to

investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For

undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC

maintain registers of currently valid International Standards.

ISO 230-1:1996, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load

or finishing conditions.

ISO 8526-1:1990, Modular units for machine tools — Workholding pallets — Part 1: Workholding pallets up to

800 mm nominal size.

ISO 8526-2:1990, Modular units for machine tools — Workholding pallets — Part 2: Workholding pallets of nominal

size greater than 800 mm.
© ISO 2001 – All rights reserved 1
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ISO 10791-2:2001(E)
3 Preliminary remarks
3.1 Measuring 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, but, in some cases for the sake of clarity, microradians or arcseconds are used.

The equivalence of the following expressions should always be kept in mind:
0,010/1 000 = 10 �rad � 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 accuracy of testing equipment.

When the operation concerned is in accordance with the specifications of ISO 230-1, the instructions in the

“Observations” box of the operations described in clause 4 and annexes A to C are followed by a reference to the

corresponding paragraph in ISO 230-1.
3.3 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. With a view to making the mounting of instruments or gauging easier, tests may be performed in any order.

3.4 Tests to be performed

When testing a machine, it is not always necessary or 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 supplier/manufacturer, those tests relating to the components and/or the properties of the machine which are of

interest. These tests shall be clearly stated when ordering a machine. The 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 of the contracting parties.
3.5 Measuring instruments

The measuring instruments indicated in the tests described in clause 4 and annexes A to C are examples only.

Other instruments measuring the same quantities and having at least the same accuracy may be used. Dial gauges

shall have a resolution of at least 0,001 millimetres.
3.6 Diagrams

For reasons of simplicity, the diagrams in this part of ISO 10791 illustrate only a few types of machines.

3.7 Pallets

For the machines working with several pallets, the tests concerning the intrinsic geometric features or their

behaviour related to the axes of the machine (tests G15 to G20) shall be performed on only one representative

pallet clamped in position, unless otherwise specified by a written agreement between the user and the

supplier/manufacturer.
2 © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 10791-2:2001(E)
3.8 Software compensation

When software facilities are available for compensating some geometric deviations, based on an agreement

between the user and the supplier/manufacturer, the relevant tests may be carried out with or without these

compensations. When the software compensations are used, this shall be stated in the test results.

3.9 Machine configurations

The machines considered in this part of ISO 10791 are divided into 12 families based on their architecture and the

components moving along the linear axes. These families are identified by means of numbers from 01 to 12, as

shown in Figure 1. The classification for these families is shown in Table 1 .
3.10 Designation

A designation is also supplied in order to define the architecture of a machining centre, using a short code; this

designation is given by the following elements, in the given order:
a) “Machining centre”;
b) the reference to this part of ISO 10791, that is ISO 10791-2;
c) the letter V for “vertical spindle”;

d) the number indicated in the relevant box of Figure 1 and the left-hand column of Table 1.

EXAMPLE A machining centre, vertical spindle type, with the table moving along the X-axis, the column moving along the

Y-axis and the spindle head moving along the Z-axis is designated as follows:
Machining centre ISO 10791-2 type V07
3.11 Minimum tolerance

When establishing the tolerance for a measuring length different from that given in this part of ISO 10791 (see

2.311 of ISO 230-1:1996), it shall be taken into consideration that the minimum value of tolerance is 0,005 mm.

1) Some vertical machining centres are built with an architecture similar to type V10 (portal type) or V11 (gantry type) but with

only one column. This part of ISO 10791 is applicable to them as well. In this case, and when necessary, the text should be

modified by replacing the terms “portal” or “gantry” with “column”,and “cross rail” with “arm”.

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ISO 10791-2:2001(E)
01 02 03
04 05 06
07 08 09
10 11 12
Figure 1
4 © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 10791-2:2001(E)
Table 1 — Classification of configurations of vertical spindle machining centres
X Y Z
X���� Y���� Z����
01 Table on its Table saddle Spindle head
saddle on the bed on the
column
02 Column on Table on the Spindle head
the bed bed on the
column
03 Table on its Table saddle Knee on the
saddle on the knee column
04 Table saddle Table on its Spindle head
on the bed saddle on the
column
05 Column on its Column Spindle head
saddle saddle on the on the
bed column
06 Knee on its Spindle head Knee saddle
saddle on the on the
column column
07 Table on the Column on Spindle head
bed the bed on the
column
08 Column Column on its Spindle head
saddle on the saddle on the
bed column
09 Knee saddle Spindle head Knee on its
on the on the saddle
column column
10 Table on the Spindle head Spindle head
bed slideonthe on its slide
cross rail
11 Gantry on Spindle head Spindle head
the bed slideonthe on its slide
cross rail
12 Spindle head Spindle head Knee on the
slideonthe on its slide column
column
© ISO 2001 – All rights reserved 5
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ISO 10791-2:2001(E)
4 Geometric tests
4.1 Straightness of linear motions
Object
Checking of straightness of the X-axis motion:
a) in the vertical ZX plane (EZX);
b) in the horizontal XY plane (EYX).
Diagram
Tolerance Measured deviation
For X = ....
For a) and b) X u� 500 0,010
500 < X u�� 800 0,015
800 < X u�� 1 250 0,020
1250 < X u�� 2 000 0,025
Local tolerance: 0,007 for a measuring length of 300
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 230-1:1996 5.211, 5.23, 5.231.2, 5.232.1 and 5.233.1

For all machine configurations, either the straightedge, the taut wire or the straightness reflector shall be placed

on the table. If the spindle can be locked, either the dial gauge, the microscope or the interferometer may 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 to the centre of the table as possible.
6 © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 10791-2:2001(E)
Object
Checking of straightness of the Y-axis motion:
a) in the vertical YZ plane (EZY);
b) in the horizontal XY plane (EXY).
Diagram
Tolerance Measured deviation
for Y = ....
For a) and b) Y u� 500 0,010
500 < Y u�� 800 0,015
800 < Y u�� 1 250 0,020
1250 < Y u�� 2 000 0,025
Local tolerance: 0,007 for a measuring length of 300
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 230-1:1996 5.211, 5.23, 5.231.2, 5.232.1 and 5.233.1

For all machine configurations, either the straightedge, the taut wire or the straightness reflector shall be placed

on the table. If the spindle can be locked, either the dial gauge, the microscope or the interferometer may 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 to the centre of the table as possible.
© ISO 2001 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 10791-2:2001(E)
Object
Checking of straightness of the Z-axis motion:
a) in the vertical YZ plane (EYZ) parallel to the Y-axis;
b) in the vertical ZX plane (EXZ) parallel to the X-axis.
Diagram
Tolerance Measured deviation
for Z = ....
For a) and b) Z u� 500 0,010
500 < Z u�� 800 0,015
800 < Z u�� 1 250 0,020
1250 < Z u�� 2 000 0,025
Local tolerance: 0,007 for a measuring length of 300
Measuring instruments

For a) and b): Square and dial gauge or optical methods or microscope and taut wire

Observations and references to ISO 230-1:1996 5.211, 5.23, 5.231.2, 5.232.1 and 5.233.1

For all machine configurations, either the square or the taut wire shall be placed as close to the centre of the table

as possible. If the spindle can be locked, either the dial gauge or the microscope may be mounted on it; if the

spindle cannot be locked, the instrument shall be placed on the spindle head of the machine.

8 © ISO 2001 – All rights reserved
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 10791-2:2001(E)
4.2 Angular deviations of linear motions
Object
Checking of angular deviations of the X-axis motion:
a) in the vertical ZX plane parallel to the axis movement (pitch, EBX);
b) in the horizontal XY plane (yaw, ECX);
c) in the vertical YZ plane perpendicular to the axis movement (roll, EAX).
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a), b) and c) 0,060/1 000 (or 60 �rad or 12�)
Measuring instruments

a) (pitch, EBX) Precision level or optical angular deviation measuring instruments

b) (yaw, ECX) Optical angular deviation measuring instruments
c) (roll, EAX) Precision level
Observations and references to ISO 230-1:1996 5.231.3, 5.232.2 and 5.233.2

The measuring instrument shall be placed on the moving component (spindle head or workholding table):

a) (pitch, EBX) longitudinally
b) (yaw, ECX) horizontally
c) (roll, EAX) transversely

When X-axis motion causes an angular movement of both the spindle head and the workholding table, differential

measurements of the two angular movements shall be made and this shall be stated. In this case, when using

precision levels for measurement, the reference level shall allow for the difference between the angular positions

of the tool holding and workholding components to be measured.

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 readings shall not exceed

the tolerance.
© ISO 2001 – All rights reserved 9
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 10791-2:2001(E)
Object
Checking of angular deviations of the Y-axis motion:
a) in the vertical YZ plane parallel to the movement (pitch, EAY);
b) in the horizontal XY plane (yaw, ECY);
c) in the vertical ZX plane perpendicular to the movement (roll, EBY).
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a), b) and c) 0,060/1 000 (or 60 �rad or 12�) a)
Measuring instruments

a) (pitch, EAY) Precision level or optical angular deviation measuring instruments

b) (yaw, ECY) Optical angular deviation measuring instruments
c) (roll, EBY) Precision level
Observations and references to ISO 230-1:1996 5.231.3, 5.232.2 and 5.233.2

The measuring instrument shall be placed on the moving component (spindle head or workholding table):

a) (pitch, EAY) longitudinally
b) (yaw, ECY) horizontally
c) (roll, EBY) transversely

When Y-axis motion causes an angular movement of both the spindle head and the workholding table, differential

measurements of the two angular movements shall be made and this shall be stated. In this case, when using

precision levels for measurement, the reference level shall allow for the difference between the angular positions

of the tool-holding and the work-holding components to be measured.

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 readings shall not exceed

the tolerance.
10 © ISO 2001 – All rights reserved
---------------------- Page: 15 ----------------------
ISO 10791-2:2001(E)
Object
Checking of angular deviations of the Z-axis motion:
a) in the vertical YZ plane (EAZ);
b) in the vertical ZX plane (EBZ);
c) in the horizontal XY plane (roll, ECZ).
Diagram
Tolerance Measured deviation
For a), b) and c) 0,060/1 000 (or 60 �rad or 12�) a)
Measuring instruments
a) and b): Precision level or optical angular deviation measuring instruments
c) Straightedge, cylindrical square and dial gauge
Observations and references to ISO 230-1:1996 5.231.3, 5.232.2 and 5.233.2

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 readings shall not exceed the tolerance.

The instrument shall be placed on the moving component (spindle head or workholding table):

a) in the Y� direction for angular deviation (EAZ);
b) in the X� direction for angular deviation (EBZ).

When the Z-axis motion causes an angular movement of both the spindle head and workholding table, differential measurements of the two

angular movements shall be made and this shall be stated. In this case, when using precision levels for measurement, the reference level

shall allow for the difference between the angular positions of the tool-holding and work-holding components to be measured.

For c) (roll ECZ), place a cylindrical square on the straightedge on the table, approximately parallel to the Z-axis, and set the stylus of a dial

gauge mounted on a special arm against the square. Note the readings and mark the corresponding heights on the square. Move the table

along the X-axis and move the dial gauge to the other side of the spindle head so that the stylus can touch the square again along the same

line. The possible roll deviation of the X-axis motion shall be measured and taken into account. The dial gauge shall be zeroed again and the

new measurements shall be taken at the same heights as the previous ones, and noted. For each measurement height, calculate the

difference of the two readings. The maximum and the minimum of these differences shall be selected and the result of

Maximum difference � minimum difference

shall not exceed the tolerance, “d” being the distance between the two positions of the dial gauge.

© ISO 2001 – All rights reserved 11
---------------------- Page: 16 ----------------------
ISO 10791-2:2001(E)
4.3 Squareness between linear motions
Object
Checking of squareness between Z-axis motion and the X-axis motion.
Diagram
Step 1 Step 2
Tolerance Measured deviation
0,02 for a measuring length of 500
Measuring instruments
Straightedge or surface plate, square and dial gauge
Observations and references to ISO 230-1:1996 5.522.4

In step 1), the straightedge or the surface plate shall be set parallel to the X-axis. When the cylindrical square is

used, the face of the straightedge or the surface plate shall also be parallel to the X-axis.

In step 2), the Z-axis shall then be checked by means of a square standing on the straightedge or on the surface

plate.

If the spindle can be locked, the dial gauge may be mounted on it; if the spindle cannot be locked, the dial gauge

shall be placed on the spindle head of the machine.

The value of angle �, being less than, equal to or greater than 90 , should be noted for information and possible

correction.
12 © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 10791-2:2001(E)
Object
Checking of squareness between the Z-axis motion and the Y-axis motion.
Diagram
Step 1 Step 2
Tolerance Measured deviation
0,02 for a measuring length of 500
Measuring instruments
Straightedge or surface plate, square and dial gauge
Observations and references to ISO 230-1:1996 5.522.4

In step 1), the straightedge or the surface plate shall be set parallel to the Y-axis. When the cylindrical square is

used, the face of the straightedge or the surface plate shall also be parallel to the X-axis.

In step 2), the Z-axis shall then be checked by means of a square standing on the straightedge or on the surface

plate.

If the spindle can be locked, the dial gauge may be mounted on it; if the spindle cannot be locked, the dial gauge

shall be placed on the spindle head of the machine.

The value of angle �, being less than, equal to or greater than 90 , should be noted for information and possible

correction.
For the portal type (1
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 10791-2
Première édition
2001-03-01
Conditions d'essai des centres d'usinage —
Partie 2:
Essais géométriques des machines à
broche verticale ou à têtes universelles à
axe principal de rotation vertical (axe Z
vertical)
Test conditions for machining centres —
Part 2: Geometric tests for machines with vertical spindle or universal
heads with vertical primary rotary axis (vertical Z-axis)
Numéro de référence
ISO 10791-2:2001(F)
ISO 2001
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ISO 10791-2:2001(F)
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ISO 10791-2:2001(F)
Sommaire Page

Avant-propos..............................................................................................................................................................iv

Introduction.................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application...................................................................................................................................1

2Références normatives .................................................................................................................................1

3 Observations préliminaires ..........................................................................................................................2

3.1 Unités de mesure...........................................................................................................................................2

3.2 Référence à l'ISO 230-1 .................................................................................................................................2

3.3 Ordre des essais............................................................................................................................................2

3.4 Essais à réaliser.............................................................................................................................................2

3.5 Instruments de mesure .................................................................................................................................2

3.6 Schémas .........................................................................................................................................................2

3.7 Palettes ...........................................................................................................................................................3

3.8 Compensation par logiciel............................................................................................................................3

3.9 Configuration de la machine ........................................................................................................................3

3.10 Désignation ....................................................................................................................................................3

3.11 Tolérance minimale .......................................................................................................................................3

4Vérifications géométriques...........................................................................................................................6

4.1 Rectitude des déplacements linéaires ........................................................................................................6

4.2 Écarts angulaires des déplacements linéaires...........................................................................................9

4.3 Perpendicularité des déplacements linéaires...........................................................................................12

4.4 Broche...........................................................................................................................................................15

4.5 Table ou palette............................................................................................................................................20

4.6 Axe supplémentaire (axe W) parallèle à l'axe Z........................................................................................24

Annexe A (normative) Broches horizontales en variante .....................................................................................26

Annexe B (normative) Têtes rotatives.....................................................................................................................32

Annexe C (normative) Têtes pivotantes..................................................................................................................34

Bibliographie .............................................................................................................................................................41

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ISO 10791-2:2001(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 confiéeaux

comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de fairepartie ducomité

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 3.

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 delaprésente partie de l’ISO 10791 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.

La Norme internationale ISO 10791-2 a étéélaborée par le comité technique ISO/TC 39, Machines-outils,

sous-comité SC 2, Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.

L'ISO 10791 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Conditions d'essai des centres

d'usinage:

� Partie 1: Essais géométriques des machines à broche horizontale et à têtes accessoires (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: Précisions 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 distorsions thermiques
� Partie 11: Évaluation des émissions de bruit

Les annexes A, B et C constituent des éléments normatifs de la présente partie de l'ISO 10791.

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ISO 10791-2:2001(F)
Introduction

Un centre d'usinage est une machine-outil à commande numérique qui peut réaliser des opérations d’usinage

multiples comprenant: fraisage, alésage, perçage et 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 est de fournir une information aussi étendue et approfondie que possible sur les essais et

contrôles qui peuvent être effectués à des fins de comparaison, réception, maintenance ou autres.

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 ou verticale ou à têtes de broche

universelles de différents types, destinés àêtre autonomes ou àêtre intégrésdansdes systèmes de fabrication.

L'ISO 10791 établit également les tolérances ou les valeurs maximales admissibles pour les résultats d’essai

correspondant aux centres d’usinage à usage général et de précision normale.

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.
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NORME INTERNATIONALE ISO 10791-2:2001(F)
Conditions d'essai des centres d'usinage —
Partie 2:
Essais géométriques des machines à broche verticale ou à têtes
universelles à axe principal de rotation vertical (axe Z vertical)
1 Domaine d'application

La présente partie de l'ISO 10791 spécifie, par référence à l'ISO 230-1, les essais géométriques pour centres

d'usinage (ou les machines de fraisage, d'alésage, etc., à commande numérique, le cas échéant) à broche

verticale (c'est-à-dire à axe Z vertical).

La présente partie de l'ISO 10791 s'applique aux centres d'usinage ayant comme base trois axes commandés

numériquement, c'est-à-dire trois linéaires (X, Y et Z) jusqu'à 2 000 mm de long, mais elle traite également des

mouvements supplémentaires, tels que les axes rotatifs (A�,B� et C�), ceux liés aux broches coulissantes, aux

coulants ou aux têtes universelles. 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 décrit les essais géométriques pour les broches horizontales en variante de

même que pour les deux types possibles de têtes universelles dans les annexes suivantes:

� annexe A: broches horizontales en variante (essais AG1 à AG6);

� annexe B: têtes rotatives, à un axe de rotation contrôlé numériquement (essais BG1 et BG2);

� annexe C: têtes pivotantes, à deux axes de rotation contrôlésnumériquement et perpendiculaires l'un par

rapport à l'autre (essais CG1 à CG7).

La présente partie de l'ISO 10791 ne traite que du contrôle de la précision de la machine. Elle ne concerne pas

l'examen de son fonctionnement, qu'il est recommandé d'effectuer séparément. Certains essais concernant les

performances de la machine fonctionnant à vide ou dans des conditions de finition sont traités dans d'autres

parties de l'ISO 10791.
2Références normatives

Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,

constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 10791. Pour les références datées, les

amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes

aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 10791 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les

éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière

édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des

Normes internationales en vigueur.

ISO 230-1:1996, Code d'essai des machines-outils — Partie 1: Précision géométrique des machines fonctionnant à

vide ou dans des conditions de finition.
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ISO 10791-2:2001(F)

ISO 8526-1:1990, Éléments standards pour machines-outils — Palettes — Partie 1: Palettes porte-pièce de

dimension nominale jusqu'à 800 mm.

ISO 8526-2:1990, Éléments standards pour machines-outils — Palettes — Partie 2: Palettes porte-pièce de

dimension nominale supérieure à 800 mm.
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 degréset les écarts

angulaires ainsi que les tolérances correspondantes sont principalement 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:
0,010/1 000 = 10 �rad � 2�
3.2 Référence à l'ISO 230-1

Pour l'application de la présente partie de l'ISO 10791, il est nécessaire de se reporter à l'ISO 230-1, 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 la précision recommandée pour les appareils de

contrôle.

Dans la case «Observations» des opérations décrites dans l'article 4 et les annexes A à C, les instructions sont

suivies par une référence au paragraphe correspondant de l'ISO 230-1, lorsque l'opération concernée est conforme

aux spécifications de l'ISO 230-1.
3.3 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. Il peut être procédé aux contrôles, notamment pour des

questions de facilité de contrôle ou de montage des appareils de vérification, dans un ordre entièrement différent.

3.4 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/constructeur, les seuls essais correspondant aux

composants et/ou aux propriétés de la machine qui l'intéressent. Ces essais doivent clairement être préciséslors

de la passation de la commande. On considère que lasimpleréférence 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.
3.5 Instruments de mesure

Les instruments de mesure indiquésdans lesessais décrits dans l'article 4 et les annexes A à C ne le sont qu'à

titre d'exemple. D'autres instruments mesurant les mêmes quantitéset possédant au moins la même précision

peuvent être utilisés. Les comparateurs doivent au moins avoir une résolution de 0,001 mm.

3.6 Schémas

Dans la présente partie de l'ISO 10791, pour des raisons de simplicité, les schémas associés aux essais

géométriques ne représentent que quelques types de machines.
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ISO 10791-2:2001(F)
3.7 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 G15 à G20) ne

doivent être effectués que sur une seule palette représentative bridée en position, à moins qu'un accord écrit

différent n'ait été conclu entre l’utilisateur et le fournisseur/constructeur.
3.8 Compensation par logiciel

Lorsque des logiciels permettent de compenser certains écarts géométriques, basés sur accord entre le

fabricant/fournisseur et l'utilisateur, les essais appropriés peuvent être effectués avec ou sans ces compensations.

Lorsqu'une compensation par logiciel est réalisée, cela doit être indiqué dans les résultats d'essai.

3.9 Configuration de la machine

Les machines considérées dans la présente partie de l'ISO 10791 sont divisées en 12 configurations basées sur

leur architecture et sur le déplacement des composants le long des axes linéaires. Ces configurations sont

identifiées par des numéros allant de 01 à 12 comme représentéà la Figure 1; leur classification est indiquéedans

le Tableau 1 .
3.10 Désignation

Une désignation est également fournie, sous la forme d'un code bref, afin de décrire l'architecture d'un centre

d'usinage; cette désignation comprend, dans l'ordre, les éléments suivants:
a) «Centre d'usinage»;
b) la référencedelaprésente partie de l'ISO 10791, c'est-à-dire ISO 10791-2;
c) la lettre «V» pour «broche verticale»;

d) le numéro figurant dans la case correspondante de la Figure 1 et dans la colonne de gauche du Tableau 1.

EXEMPLE Un centre d'usinage, de type à broche verticale, à table coulissant le long de l'axe X, à montant mobile sur

l'axe Y, avec la tête de la broche se déplaçant le long de l'axe Z est désigné comme suit:

Centre d'usinage ISO 10791-2 type V07
3.11 Tolérance minimale

Lorsque la tolérance est déterminée pour une étendue de mesurage différente de celle indiquée dans la présente

partie de l'ISO 10791 (voir 2.311 de l'ISO 230-1:1996), il est nécessaire de tenir compte de ce que la valeur

minimale de la tolérance à retenir est 0,005 mm.

1) Certains centres d'usinage verticaux sont établis selon une configuration similaire au type V10 (à passerelle) ou V11 (à

portique) mais avec un seul montant. La présente partie de l'ISO 10791 s'applique également à ces types de centres. Dans ce

cas, et si nécessaire, il convient de modifier le texte en remplaçant les termes «passerelle» ou «portique» par «montant» et

«traverse» par «bras».
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ISO 10791-2:2001(F)
01 02 03
04 05 06
07 08 09
10 11 12
Figure 1
4 © ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO 10791-2:2001(F)

Tableau 1 — Classification des configurations des centres d'usinage à broche horizontale

X Y Z
X���� Y���� Z����
01 Table sur Traînard de Tête porte-
son traînard table broche sur le
sur banc montant
02 Montant Table sur Tête porte-
sur banc banc broche sur le
montant
03 Table sur Traînard de Console sur
son traînard table le montant
sur la
console
04 Traînard de Table sur Tête porte-
table son traînard broche sur le
sur banc montant
05 Montant sur Traînard de Tête porte-
son traînard montant sur broche sur le
banc montant
Console sur Tête porte- Traînard de
son traînard broche sur le console sur
montant le montant
07 Table sur Montant sur Tête porte-
banc banc broche sur le
montant
08 Traînard de Montant sur Tête porte-
montant sur son traînard broche sur le
banc montant
09 Traînard de Tête porte- Console sur
console sur broche sur le son traînard
le montant montant
Table sur Chariot Tête porte-
banc porte-broche broche sur
sur la son chariot
traverse
11 Portique sur Chariot Tête porte-
banc porte-broche broche sur
sur la son chariot
traverse
12 Chariot Tête porte- Console sur
porte-broche broche sur le montant
sur le son chariot
montant
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ISO 10791-2:2001(F)
4Vérifications géométriques
4.1 Rectitude des déplacements linéaires
Objet
Vérification de la rectitude du déplacement suivant l'axe X:
a) dans le plan vertical ZX (EZX);
b) dans le plan horizontal XY (EYX).
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour a) et b) X u� 500 0,010
pour X = ....
500 < X u�� 800 0,015
800 < X u�� 1 250 0,020
1250 < X u�� 2 000 0,025
Tolérance locale: 0,007 pour une longueur mesurée de 300
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 230-1:1996 5.211, 5.23, 5.231.2, 5.232.1 et 5.233.1

Pour toutes les configurations de la machine, soit la règle, soit le fil tendu, soit le réflecteur d'alignement

doivent être placés sur la table. Si la broche peut être bloquée, soit le comparateur, soit le microscope,

soit 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.

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ISO 10791-2:2001(F)
Objet
Vérification de la rectitude du déplacement suivant l'axe Y:
a) dans le plan YZ vertical (EZY);
b) dans le plan XY horizontal (EXY).
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour a) et b) Y u� 500 0,010
pour Y = ....
500 < Y u�� 800 0,015
800 < Y u�� 1 250 0,020
1250 < Y u�� 2 000 0,025
Tolérance locale: 0,007 pour une longueur mesurée de 300
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 230-1:1996 5.211, 5.23, 5.231.2, 5.232.1 et 5.233.1

Pour toutes les configurations de la machine, soit la règle, soit le fil tendu, soit le réflecteur d'alignement

doivent être placés sur la table. Si la broche peut être bloquée, soit le comparateur, soit le microscope,

soit 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.

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ISO 10791-2:2001(F)
Objet
Vérification de la rectitude du déplacement suivant l'axe Z:
a) dans le plan vertical YZ (EYZ) parallèlement à l'axe Y;
b) dans le plan vertical ZX (EXZ) parallèlement à l'axe X.
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour a) et b) Z u� 500 0,010
pour Z = ....
500 < Z u�� 800 0,015
800 < Z u�� 1 250 0,020
1250 < Z u�� 2 000 0,025
Tolérance locale: 0,007 pour une longueur mesurée de 300
Instruments de mesure

Pour a) et b): Équerre et comparateur ou microscope et fil tendu ou dispositifs optiques

Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.211, 5.23, 5.231.2, 5.232.1 et 5.233.1

Pour toutes les configurations de la machine, soit l'équerre, soit le fil tendu doivent être placésle plus

près possible ducentredela table.Si labrochepeut être bloquée, soit le comparateur, soit le microscope

peut être monté sur cette dernière; sinon, l'instrument de mesure doit être placé sur la tête porte-broche

de la machine.
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ISO 10791-2:2001(F)
4.2 Écarts angulaires des déplacements linéaires
Objet
Vérification des écarts angulaires du déplacement suivant l'axe X:
a) dans le plan vertical ZX parallèlement au mouvement de l'axe (tangage, EBX);
b) dans le plan horizontal XY (lacet, ECX);

c) dans le plan vertical YZ perpendiculairement au mouvement de l'axe (roulis, EAX).

Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour a), b) et c) 0,060/1 000 (ou 60 �radou12�)
Instruments de mesure

a) (tangage, EBX) Niveau de précision ou instruments de mesure optique de l'écart angulaire

b) (lacet, ECX) Instruments de mesure optique de l'écart angulaire
c) (roulis, EAX) Niveau de précision
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.231.3, 5.232.2 et 5.233.2

L'instrument de mesure doit être placé sur le composant mobile (tête porte-broche ou table porte-pièce):

a) (tangage, EBX) longitudinalement
b) (lacet, ECX) horizontalement
c) (roulis, EAX) transversalement

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 utiliseunniveaude précision pour le mesurage, le niveau de référence

doit tenir compte de la différence entre les positions angulaires du porte-outil et du porte-pièce à mesurer.

Les mesurages doivent être effectués au moins à cinq emplacements régulièrement espacés lelongdela

course dans les deux sens de déplacement à chaque emplacement. La différence entre les indications

maximale et minimale ne doit pas dépasser la tolérance.
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ISO 10791-2:2001(F)
Objet
Vérification des écarts angulaires du déplacement suivant l'axe Y:
a) dans le plan vertical YZ parallèlement au mouvement (tangage, EAY);
b) dans le plan horizontal XY (lacet, ECY);
c) dans le pan vertical ZX perpendiculairement au mouvement (roulis, EBY).
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour a), b) et c) 0,060/1 000 (ou 60 �radou12�)
Instruments de mesure

a) (tangage, EAY) Niveau de précision ou instruments de mesure optique de l'écart angulaire

b) (lacet, ECY) Instruments de mesure optique de l'écart angulaire
c) (roulis, EBY) Niveau de précision
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.231.3, 5.232.2 et 5.233.2

L'instrument de mesure doit être placé sur le composant mobile (tête porte-broche ou table porte-pièce):

a) (tangage, EAY) longitudinalement
b) (lacet, ECY) horizontalement
c) (roulis, EBY) transversalement

Lorsque le déplacement sur l'axe Y 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 utiliseunniveaude précision pour le mesurage, le niveau de référence

doit tenir compte de la différence entre les positions angulaires du porte-outil et du porte-pièce à mesurer.

Les mesurages doivent être effectués à 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 ne doit pas dépasser la tolérance.
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ISO 10791-2:2001(F)
Objet
Vérification des écarts angulaires du déplacement suivant l'axe Z:
a) dans le plan YZ (EAZ);
b) dans le plan vertical ZX (EBZ);
c) dans le plan horizontal XY (roulis, ECZ).
Schéma
Tolérance Écart constaté
Pour a), b) et c) 0,060/1 000 (ou 60 �radou12�)
Instruments de mesure

a) et b) Niveau de précision ou instruments de mesure optique de l'écart angulaire

c) Règle cylindre-équerre et comparateur
Observations et références à l'ISO 230-1:1996 5.231.3, 5.232.2 et 5.233.2

Les mesurages doivent être effectués à cinq emplacements régulièrement espacés le long de la course, dans les deux sens de

déplacement et à chaque emplacement. La différence entre les indications maximale et minimale ne doit pas dépasser la

tolérance.

L'instrument de mesure doit être placé sur le composant mobile (la tête porte-broche ou la table porte-pièce):

a) dans la direction Y� pour l’écart angulaire (EAZ);
b) dans la direction X� pour l’écart angulaire (EBZ).

Lorsque le déplacement suivant l'axe Z 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 permettre de mesurer la différence d'écart angulaire entre les positions du

porte-broche et celles du porte-pièce.

Pour c) (roulis ECZ), placer un cylindre-équerre sur la table, approximativement parallèle à l'axe Z,etrégler contre l'équerre la

touche d'un comparateur monté sur un bras spécial. Noter les valeurs relevées et marquer les hauteurs correspondantes sur

l'équerre. Déplacer la table suivant l'axe X et déplacer le comparateur de l'autre côté de la tête porte-broche de manière à ce que

la touche du comparateur palpe de nouveau le cylindre-équerre suivant le même axe. L'éventuel écart de déplacement suivant

l'axe X, dû au roulis, doit être mesuré et pris en compte. Le comparateur doit être remis à zéro et les nouveaux mesurages doivent

être effectués à la même hauteur que les précédents puis relevés. Pour chaque hauteur de mesurage, calculer la

...

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