ISO/FDIS 17543-1

Machines 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 accessoires — Partie 1: Têtes accessoires pour machines à broche horizontale (axe Z horizontal)

General Information

• Status: Withdrawn
• ICS: 25.080.20 - Boring and milling machines
• Technical Committee: ISO/TC 39/SC 2 - Test conditions for metal cutting machine tools
• Drafting Committee: ISO/TC 39/SC 2 - Test conditions for metal cutting machine tools
• Current Stage: 5098 - Project deleted
• Completion Date: 16-Mar-2017

Standards Content (Sample)

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 17543-1
ISO/TC 39/SC 2
Machines tools — Test conditions for
Secretariat: ASI
universal spindle heads —
Voting begins on:
2016-11-30
Part 1:
Voting terminates on:
Accessory heads for machines with
2017-01-25
horizontal spindle (horizontal Z-axis)
Machines-outils — Conditions d’essai pour poupées porte-broche
accessoires —
Partie 1: Têtes accessoires pour machines à broche horizontale (axe Z
horizontal)
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2016
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
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© ISO 2016, Published in Switzerland

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or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior

written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below or ISO’s member body in the country of

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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Contents Page

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

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

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

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

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Preliminary remarks ....................................................................................................................................................................................... 5

4.1 Measurement units.............................................................................................................................................................................. 5

4.2 Reference to ISO 230 .......................................................................................................................................................................... 5

4.3 Testing sequence ................................................................................................................................................................................... 5

4.4 Tests to be performed ....................................................................................................................................................................... 5

4.5 Measuring instruments ................................................................................................................................................................... 6

4.6 Software compensation ................................................................................................................................................................... 6

4.6.1 Head offset compensation ....................................................................................................................................... 6

4.6.2 Machine geometric compensation ................................................................................................................... 6

4.7 Diagrams ...................................................................................................................................................................................................... 7

4.8 Measuring length .................................................................................................................................................................................. 7

4.9 Tolerances ................................................................................................................................................................................................... 7

5 Common geometric tests for spindles of all types of heads ..................................................................................... 7

6 Geometric tests for all types of spindle heads ....................................................................................................................... 8

Annex A (normative) Checking of accuracy and repeatability of positioning ........................................................25

Annex B (informative) Supplementary geometric tests for 45ᵒ split continuous heads (see

Figure 3) .....................................................................................................................................................................................................................27

Annex C (informative) Supplementary geometric tests for swivel heads (see Figures 4 and 5) .........34

Annex D (informative) Tests for checking the accuracy of spindle axes of rotation ........................................43

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................45

© ISO 2016 – All rights reserved iii
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Foreword

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

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

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

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

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment,

as well as information about ISO’s adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the

Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html.

The committee responsible for this document is ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test

conditions for metal cutting machine tools.
A list of all parts in the ISO 17543 series can be found on the ISO website.
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Introduction

Accessory spindle heads are used on machine tools such as milling and boring machines, machining

centres, portal and gantry type machines, vertical turning and milling 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 are capable of performing 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.

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.

Some types of heads allow to check only the resulting position of the spindle (as the fixed or indexing

ones considered in 3.2, 3.3, 3.4 and 3.7 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 3.5 and 3.6), the informative

Annexes B and C allow to make additional analysis of the relative positions between axes and to check

the accuracy of their offset compensation as well.

ISO 17543 (all parts) also 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.
© ISO 2016 – All rights reserved v
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Machines 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 ISO 230-1, the geometric tests and, with reference to

ISO 230-2, positioning 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 may also be used with manual indexing heads, if applicable. Grinding

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), nor to the machine’s spindle head(s)

characteristics (e.g. speeds, feeds and accelerations) which should generally be checked separately, nor

to 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

3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— IEC Electropedia: available at http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: available at http://www.iso.org/obp
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
© ISO 2016 – All rights reserved 1
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
3.2
right-angle head

head with only one spindle perpendicular to the Z-axis which can rotate around the Z-axis

Note 1 to entry: See Figure 1.
Key
1 spindle
Figure 1 — Right-angle head
3.3
two-spindle square head

right-angle head (3.2), 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 may 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
3.4
45ᵒ split indexing head

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/FDIS 17543-1:2016(E)
Key
1 spindle
2 spindle axis S
3 head base
4 C-axis of head base rotation
5 rotary D-axis
Figure 3 — 45ᵒ split head
3.5
45ᵒ split continuous head

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 B 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

can also be used for a deeper investigation on the 45° split indexing heads (see 3.4), if their movements and locks

allow to do it.
Note 2 to entry: See Figure 3.
3.6
swivelling head

head with two numerically controlled A-axis and C-axis perpendicular to each other

Note 1 to entry: The spindle axis may be coplanar with C-axis (see Figure 4) or there may be a built-in offset

between the spindle axis and the C-axis. (see Figure 5).

Note 2 to entry: Tests in Annex C 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/FDIS 17543-1:2016(E)
Key
1 spindle
2 C-axis of yoke rotation
3 yoke body
4 A-axis of head rotation
Figure 4 — Swivelling head
Key
1 spindle
2 C-axis of yoke rotation
3 built-in offset
4 spindle axis S
5 A-axis of head rotation
Figure 5 — Swivelling head with spindle offset
3.7
tilting head
head rotating only around the X-axis
Note 1 to entry: See Figure 6.
4 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO/FDIS 17543-1:2016(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. The following expression should be used for conversion of the

units of angular deviations or tolerances.
0,010/1 000 = 10 μrad ≅ 2′′
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.

In the “Observations” block of the tests described in Annexes A to D, the instructions are preceded by a

reference to the corresponding clause in ISO 230-1 in cases where the test concerned is in compliance

with the specifications of that standard.
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, those tests relating to the specific type of spindle head

and/or the properties of the head which are of interest. These tests are to be clearly stated when

ordering either a machine with accessory head/(s) or a single head. Mere reference to this document

for the acceptance tests, without specifying the tests to be carried out, and without agreement on the

relevant expenses, cannot be considered as binding for any contracting party.
© ISO 2016 – All rights reserved 5
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)

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.

Tests shown in Annexes B and C 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.

4.5 Measuring instruments

Measuring instruments indicated in the tests described in the following sections are examples only.

Other instruments capable of measuring the same quantities and having the same, or a smaller,

measurement uncertainty 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 (DTI), but any type of linear

displacement sensor such as analogue or digital dial gauges, linear variable differential transformer

(LVDTs), linear scale displacement gauges or noncontact sensors, when applicable to the test concerned

(see ISO 230-1:2012, Clause 4).

Similarly, when a “straightedge” is referred to, it can mean any type of straightness reference artefact,

such as a granite or ceramic or steel or cast iron straightedge, one arm of a square, one generating line

on a cylinder square, any straight path on a reference cube or a special, dedicated artefact manufactured

to fit in the T-slots or other references.

In the same way, when a “square” is mentioned, it can mean any type of squareness reference artefact,

such as a granite or ceramic or steel or cast iron square, a cylinder square, a reference cube or, again, a

special, dedicated artefact.
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 heads with rigid body the cross spindle may 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 may 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.
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.
6 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
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 can be agreed upon between the user and the manufacturer/supplier.

The required/agreed tolerance values are to be clearly stated when ordering the machine.

When establishing the tolerance for a measuring length different from that given in this 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.
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.
See also test DR1.
© ISO 2016 – All rights reserved 7
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ISO/FDIS 17543-1:2016(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) 0,01 a)
b) 0,02 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.
6 Geometric tests for all types of spindle heads

In the following test descriptions, diagrams are provided for right-angle and 45ᵒ split 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.
8 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Object G3

Checking of parallelism between the spindle axis in the horizontal orientation and the Z-axis motion:

a) in the vertical YZ plane;
b) in the horizontal ZX plane

(not applicable to heads in Figure 1, where the longitudinal spindle is missing).

Diagram a) b)
Tolerance Measured deviation
For a) and b) a)
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 between the spindle axis and the Z-axis, in both planes, shall be noted.

For swivelling and tilting heads, the result of test a) includes the possible E positioning deviation of the A-axis

at 0°.
© ISO 2016 – All rights reserved 9
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Object G4

Checking of squareness between the spindle axis in the horizontal orientation and the X-axis motion

(not applicable to heads in Figure 1, where the longitudinal spindle is missing).

Diagram
Tolerance Measured deviation
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.

a) The straightedge shall be set parallel to the X-axis, or the lack of parallelism shall be considered in

the measurement.

b) In alternative, 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

rotating 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.

10 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Object G5

Checking of squareness between the spindle axis in the horizontal orientation and the Y-axis motion

(not applicable to heads in Figure 1, where the longitudinal spindle is missing).

Diagram
Tolerance Measured deviation
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.

a) The measurement side of the square or cylinder square should be set parallel to the Y-axis, or the

lack of parallelism shall be taken into account in the measurement.

b) In alternative, the dial gauge shall touch the same point of the square or cylinder square before

and after rotating the spindle through 180° and moving the Y-axis through the necessary travel.

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.

The value of angle α, being less than, equal to or greater than 90 , shall be noted.

For swivelling and tilting heads, the result of this test includes the possible E positioning deviation

of the A-axis at 0°.
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Object G6

Checking of parallelism between the spindle axis in both vertical orientations (upward and

downward) and the Y-axis motion:
a) in the vertical XY plane;
b) in the vertical YZ plane.
Diagram a) b)
Tolerance Measured deviation
For a) and b) a)
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) X-axis to be locked, if possible.
For b) Z-axis to be locked, if possible.

The orientation of the deviation between the spindle axis and the Y-axis, in both planes, shall be noted.

For swivelling and tilting heads, the result of test a) includes the possible E positioning deviation of

the C-axis at 0°, and the result of test b) includes the possible E positioning deviation of the A-axis

at –90°.
12 © ISO 2016 – All rights reserved
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Object G7

Checking of squareness between the spindle axis in vertical orientation and the X-axis motion.

Diagram
Tolerance Measured deviation
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
Y-axis to be locked, if possible.

a) The straightedge shall be set parallel to the X-axis, or the lack of parallelism shall be considered in

the measurement.

b) In alternative, 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

rotating 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.

For continuous heads (both 45° split and swivelling heads), the result of this test includes the possible

E positioning deviation of the C-axis at 0°.
© ISO 2016 – All rights reserved 13
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ISO/FDIS 17543-1:2016(E)
Object G8

Checking of squareness between the spindle axis in vertical orientation and the Z-axis motion.

Diagram
Tolerance Measured deviation
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
Y-axis to be locked, if possible.

a) The straightedge shall be set parallel to the Z-axis, or the lack of parallelism shall be considered in

the measurement.

b) In alternative, this test can be carried out without the straightedge, with only one gauge block on

the table, approximately in the centre of the Z-axis travel. The dial gauge shall touch the same point

of the gauge block before and after rotating the spindle through 180° and moving the Z-axis through

the necessary travel.

The value of angle α, being less than, equal to or greater than 90°, shall be noted.

For swivelling and tilting heads, the result of this test includes the possible E positioning deviation

of the A-axis at –90°.
14 © ISO 2016 – All rights reserved
-----------------
...

PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 17543-1
ISO/TC 39/SC 2
Machines-outils — Conditions
Secrétariat: ASI
d’essai pour poupées porte-broche
Début de vote:
2016-11-30 accessoires —
Vote clos le:
Partie 1:
2017-01-25
Têtes accessoires pour machines à
broche horizontale (axe Z horizontal)
Machines tools — Test conditions for universal spindle heads —
Part 1: Accessory heads for machines with horizontal spindle
(horizontal Z-axis)
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
TION NATIONALE. ISO 2016
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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2016, Publié en Suisse

Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée

sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie, l’affichage sur

l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à

l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
Sommaire Page

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

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

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

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

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Observations préliminaires ...................................................................................................................................................................... 5

4.1 Unités de mesure ................................................................................................................................................................................... 5

4.2 Référence à l’ISO 230 ......................................................................................................................................................................... 5

4.3 Ordre des essais ..................................................................................................................................................................................... 5

4.4 Essais à réaliser ...................................................................................................................................................................................... 5

4.5 Instruments de mesure ................................................................................................................................................................... 6

4.6 Compensation par logiciel............................................................................................................................................................. 6

4.6.1 Compensation du décalage de la tête ............................................................................................................. 6

4.6.2 Compensation géométrique de la machine .............................................................................................. 7

4.7 Schémas ........................................................................................................................................................................................................ 7

4.8 Étendue de mesure .............................................................................................................................................................................. 7

4.9 Tolérances ................................................................................................................................................................................................... 7

5 Essais géométriques communs pour les broches de tous les types de têtes ..........................................8

6 Essais géométriques pour tous les types de têtes de broche ................................................................................. 9

Annexe A (normative) Vérification de l’exactitude et de la répétabilité du positionnement .................27

Annexe B (informative) Essais géométriques supplémentaires pour les têtes à indexage

continu à 45° (voir Figure 3) .................................................................................................................................................................29

Annexe C (informative) Essais géométriques supplémentaires pour les têtes pivotantes

(voir Figures 4 et 5) ........................................................................................................................................................................................36

Annexe D (informative) Essais de vérification de l’exactitude des axes de rotation de la broche ....45

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................48

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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.

iso.org/directives).

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation

de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’Organisation

mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au commerce (OTC) voir le lien

suivant: www.iso.org/iso/fr/foreword.html.

Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 39, Machines-outils, Sous-comité

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

La liste de toutes les parties de la série ISO 17543 peut être consultée sur le site internet de l’ISO.

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ISO/FDIS 17543-1:2016(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 et de fraisage

verticaux, 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.

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.

Certains types de têtes permettent de vérifier uniquement la position résultante de la broche (comme

celles fixes ou à indexage traitées en 3.2, 3.3, 3.4 et 3.7 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 3.5 et

3.6) les Annexes informatives B et C permettent d’effectuer une analyse supplémentaire des positions

relatives entre les axes et de vérifier aussi bien l’exactitude de leur compensation de décalage.

L’ISO 17543 (toutes les parties) 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.
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
Machines-outils — Conditions d’essai pour poupées porte-
broche accessoires —
Partie 1:
Têtes accessoires pour machines à broche horizontale (axe
Z horizontal)
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie, par référence à l’ISO 230-1, les essais géométriques et, par référence à

l’ISO 230-2, les essais de positionnement, 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 Z horizontal). Les essais considérés dans le présent document peuvent également être utilisés

avec des têtes à indexage manuel, le cas échéant. 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), ni aux caractéristiques de la (des) tête(s) de broche de la machine (par

exemple, vitesses, alimentations et accélérations), qu’il convient généralement de vérifier séparément,

ni 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 cités dans le texte 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

3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions 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:
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http://www.electropedia.org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse http://www.iso.org/obp
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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
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
3.2
tête à angle droit

tête 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.
Légende
1 broche
Figure 1 — Tête à angle droit
3.3
tête à angle droit à deux broches

tête à angle droit (3.2), 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
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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
3.4
tête à indexage mécanique à 45°

tête 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.
Légende
1 broche
2 axe S de la broche
3 base de la tête
4 axe C de la rotation de la base de la tête
5 axe D de rotation
Figure 3 — Tête à indexage à 45°
3.5
tête à indexage continu à 45°

tête 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 B 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 3.4), si leurs mouvements et blocages le permettent.
Note 2 à l’article: Voir Figure 3.
3.6
tête pivotante

tête 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 peut être coplanaire avec l’axe C (voir Figure 4) ou il peut exister un décalage

intégré entre l’axe de la broche et l’axe C. (voir Figure 5).

Note 2 à l’article: Les essais de l’Annexe C 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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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
Légende
1 broche
2 axe C de la rotation du chariot porte-broche
3 chariot porte-broche
4 axe A de la rotation de la tête
Figure 4 — Tête pivotante
Légende
1 broche
2 axe C de la rotation du chariot porte-broche
3 décalage intégré
4 axe S de la broche
5 axe A de la rotation de la tête
Figure 5 — Tête pivotante avec décalage de la broche
3.7
tête inclinable
tête tournant uniquement autour de l’axe X
Note 1 à l’article: Voir Figure 6.
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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
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 l’expression suivante pour la conversion

des unités des écarts angulaires ou des tolérances.
0,010/1 000 = 10 μrad ≅ 2′′
4.2 Référence à l’ISO 230

Pour appliquer le présent document, la référence doit être faite aux 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.

Dans la section «Observations» des essais décrits aux Annexes A à D, les instructions sont précédées

d’une référence au paragraphe correspondant de l’ISO 230-1 dans les cas où l’essai concerné est

conforme aux spécifications de cette norme.
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 relatifs au type spécifique

de tête de broche et/ou aux propriétés de la tête qui présentent un intérêt. Ces essais doivent être

clairement spécifiés lors de la commande soit d’une machine avec une (des) tête(s) accessoires, soit d’une

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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)

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 essais présentés aux Annexes B et C vérifient 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.
4.5 Instruments de mesure

Les instruments de mesure indiqués dans les essais décrits dans les sections suivantes ne sont que

des exemples. D’autres instruments, pouvant mesurer les mêmes grandeurs et ayant une incertitude

de mesure identique ou inférieure, peuvent être utilisés. La référence doit être faite à l’ISO 230-1:2012,

Article 5, qui indique la relation entre les incertitudes de mesure et les tolérances.

Lorsqu’un «comparateur» est spécifié, cela peut signifier non seulement un comparateur à cadran

mais également tout type de capteur de déplacement linéaire tel que des comparateurs analogiques

ou numériques (DTI), un transformateur différentiel à variation linéaire (LVDT), un appareil de

vérification de déplacement à échelle linéaire ou un capteur sans contact, selon l’applicabilité 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, ou céramique, ou acier ou fonte, un

bras d’une équerre, une génératrice d’une équerre-cylindre, 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-cylindre, un cube de référence ou, de nouveau, un artefact spécial, dédié.

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 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 ceci soit spécifié dans le rapport d’essai

pour chaque essai concerné.

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.

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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
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, ceci 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 requière 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 spécifiés 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 Écart mesuré
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.
Voir également l’essai DR1.
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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
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 Écart mesuré
a) 0,01 a)
b) 0,02 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.
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 et les

têtes à indexage à 45°. 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.
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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
Objet G3

Vérification du parallélisme entre l’axe de la broche dans l’orientation horizontale et le mouvement

suivant l’axe Z:
a) dans le plan vertical YZ;
b) dans le plan horizontal ZX.

(non applicable aux têtes de la Figure 1, où la broche longitudinale est manquante).

Schéma a) b)
Tolérance Écart mesuré
Pour a) et b) a)
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 et l’axe Z, dans les deux plans, doit être notée.

Pour les têtes pivotantes et inclinables, le résultat de l’essai a) comprend l’écart de positionnement,

E , possible de l’axe A à 0°.
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Objet G4

Vérification de la perpendicularité entre l’axe de la broche dans l’orientation horizontale et le mouve-

ment de l’axe X (non applicable aux têtes de la Figure 1, où la broche longitudinale est manquante).

Schéma
Tolérance Écart mesuré
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
Bloquer l’axe Z, si possible.

a) La règle doit être placée parallèlement à l’axe X, ou le défaut de parallélisme doit être pris en

compte dans le mesurage.

b) En variante, cet essai peut être effectué sans la règle, avec uniquement une cale au centre de la

table. Le comparateur doit toucher le même point de la cale avant et après la rotation de la broche sur

180° et le mouvement de l’axe X sur le trajet nécessaire.
La valeur de l’angle α, inférieure, égale ou supérieure à 90°, doit être notée.
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ISO/FDIS 17543-1:2016(F)
Objet G5

Vérification de la perpendicularité entre l’axe de la broche dans l’orientation horizontale et le mouve-

ment de l’axe Y (non applicable aux têtes de la Figure 1, où la broche longitudinale est manquante).

Schéma
Tolérance Écart mesuré
0,025/250
Instruments de mesure
Équerre, bras spécial et comparateur
Observations et références à l’ISO 230-1:2012, 10.3 et 10.3.3
Bloquer l’axe Z, si possible.

a) Il convient que le côté de mesure de l’équerre ou de l’équerre-cylindre soit placé parallèlement à

l’axe Y, ou le défaut de parallélisme doit être pris en compte dans le mesurage.

b) En variante, le comparateur doit toucher le même point de l’équerre ou de l’équerre-cylindre avant

et après la rotation de la broche sur 180° et le mouvement de l’axe Y sur le trajet nécessaire.

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.
La valeur de l’angle α, inférieure, égale ou supérieure à 90°, doit être notée.

Pour les têtes pivotantes et inclinables, le résultat de cet essai comprend l’écart de positionnement,

E , possible de l’axe A à 0°.
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Objet G6

Vérification du parallélisme entre l’axe de la broche dans les deux orientations verticale

...