ISO/TR 17243-1:2014
(Main)Machine tool spindles — Evaluation of machine tool spindle vibrations by measurements on spindle housing — Part 1: Spindles with rolling element bearings and integral drives operating at speeds between 600 min-1 and 30 000 min-1
Machine tool spindles — Evaluation of machine tool spindle vibrations by measurements on spindle housing — Part 1: Spindles with rolling element bearings and integral drives operating at speeds between 600 min-1 and 30 000 min-1
ISO/TR 17243-1: 2014 provides information on how to assess the severity of machine tool spindle vibrations measured on the spindle housing. The vibration criteria provided in this part of ISO/TR 17243 apply to spindles with integral drive intended for stationary machine tools with nominal operating speeds between 600 min−1 and 30 000 min−1. This part of ISO/TR 17243 only applies to spindles with rolling element bearing types. ISO/TR 17243-1: 2014 applies to spindles assembled on metal cutting machine tools. ISO/TR 17243-1: 2014 is applicable for testing, periodic verification, and continuous monitoring. Spindles with bearing types other than rolling element bearings are excluded from this part of ISO/TR 17243. ISO/TR 17243-1: 2014 does not address geometrical accuracy of axes of rotation (see ISO 230‑7). ISO/TR 17243-1: 2014 does not address unacceptable cutting performance with regards to surface finish and accuracy. ISO/TR 17243-1: 2014 does not address vibration severity issues of machine tool spindles operating at speeds below 600 min−1 or exceeding 30 000 min−1 due to lack of supporting vibration data and limitations in many vibration measurement instruments. Also, due to lack of data, machine tool spindles with bearing types other than rolling element bearings are excluded from this part of ISO/TR 17243. ISO/TR 17243-1: 2014 does not address frequency domain analyses such as fast fourier transform (FFT) analyses, envelope analyses, or other similar techniques.
Broches pour machines-outils — Évaluation des vibrations d'une broche pour machine-outil par mesurages sur le logement de la broche — Partie 1: Broches à roulements à billes et entraînements intégrés opérant à des vitesses comprises entre 600 min-1 et 30 000 min-1
La présente partie de l'ISO/TR 17243 fournit des informations sur la façon d'évaluer l'intensité vibratoire d'une broche de machine-outil, mesurée sur le corps de broche. Les critères en matière de vibrations fournis dans la présente partie de l'ISO/TR 17243 s'appliquent aux broches à entraînement intégré destinées aux machines-outils fixes dont les vitesses nominales de fonctionnement se situent entre 600 r/min et 30 000 r/min. La présente partie de l'ISO/TR 17243 s'applique uniquement aux broches munies de roulements de type roulements à billes. La présente partie de l'ISO/TR 17243 s'applique aux broches montées sur des machines-outils travaillant par enlèvement de métal. La présente partie de l'ISO/TR 17243 est applicable pour un essai, une vérification périodique et une surveillance continue. Les broches munies de types de roulements autres que des roulements à billes sont exclues de la présente partie de l'ISO/TR 17243. La présente partie de l'ISO/TR 17243 ne traite pas de l'exactitude géométrique des axes de rotation (voir ISO 230‑7). La présente partie de l'ISO/TR 17243 ne traite pas de la performance de coupe inacceptable en ce qui concerne l'état de surface et l'exactitude. La présente partie de l'ISO/TR 17243 ne traite pas des questions liées à l'intensité vibratoire des broches pour machines-outils opérant à des vitesses inférieures à 600 r/min ou supérieures à 30 000 r/min, étant donné le manque de données justificatives concernant les vibrations et les limites de nombreux instruments de mesure des vibrations. En raison du manque de données, les broches pour machines-outils munies de types de roulements autres que des roulements à billes sont également exclues de la présente partie de l'ISO/TR 17243. La présente partie de l'ISO/TR 17243 ne traite pas des analyses dans le domaine fréquentiel telles que les analyses de transformée de Fourier rapide (TFR), les analyses d'enveloppe ou toute autre technique similaire.
General Information
Buy Standard
Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TR
REPORT 17243-1
First edition
2014-12-01
Machine tool spindles — Evaluation
of machine tool spindle vibrations by
measurements on spindle housing —
Part 1:
Spindles with rolling element bearings
and integral drives operating at speeds
-1 -1
between 600 min and 30 000 min
Broches pour machines-outils — Évaluation des vibrations d’une broche
pour machine-outil par mesurages sur le logement de la broche —
Partie 1: Broches à roulements à billes et moteurs intégrés opérant à
-1 -1
des vitesses comprises entre 600 min et 30 000 min
Reference number
ISO/TR 17243-1:2014(E)
©
ISO 2014
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2014
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form
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
the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Preliminary operations . 3
4.1 General . 3
4.2 Process load . 3
4.3 Spindle speed . 3
4.4 Thermal conditions . 4
4.5 Spindle position and orientation . 4
4.6 Tool or workpiece balancing . 4
4.7 Spindle chuck . 4
4.8 Spindle cooling . 5
4.9 Drawbar . 5
4.10 Background vibration . 5
4.11 Idle operation . 5
5 Measurement and operational procedures . 5
5.1 Measuring instruments . 5
5.2 Measurement locations/directions . 6
5.3 Sensor mounting procedures . 7
6 Evaluation parameters . 8
6.1 Vibration velocity parameter. 8
6.2 Vibration acceleration parameter . 9
6.3 Demodulated vibration spectra bearing analysis methods .10
7 Spindle classification .10
7.1 General .10
7.2 Classification according to rated power .10
7.3 Classification according to maximum spindle speed .10
7.4 Classification according to bearing type .10
8 Evaluation .11
8.1 General .11
8.2 Criterion I: vibration magnitude .11
8.3 Criterion II: change in vibration magnitude .12
8.4 General zone boundaries .12
8.5 Examples of evaluation zone boundary values .13
8.6 Operational limits .14
Annex A (informative) Introduction to alternative bearing condition assessment techniques .16
Bibliography .18
© ISO 2014 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any
patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on
the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT), see the following URL: Foreword — Supplementary information.
The committee responsible for this document is ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
ISO/TR 17243 consists of the following parts, under the general title Machine tool spindles — Evaluation
of machine tool spindle vibrations by measurements on spindle housing:
— Part 1: Spindles with rolling element bearings and integral drives operating at speeds between
-1 -1
600 min and 30 000 min
— Part 2: Direct driven spindles and belt driven spindles with rolling element bearings operating at speeds
−1 −1
between 600 min and 30 000 min
iv © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
Introduction
This part of ISO/TR 17243 provides specific guidance for assessing the severity of vibration measured
on the spindle housing at customer site or at the machine tool manufacturer test facilities.
© ISO 2014 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
TECHNICAL REPORT ISO/TR 17243-1:2014(E)
Machine tool spindles — Evaluation of machine tool
spindle vibrations by measurements on spindle housing —
Part 1:
Spindles with rolling element bearings and integral drives
-1 -1
operating at speeds between 600 min and 30 000 min
1 Scope
This part of ISO/TR 17243 provides information on how to assess the severity of machine tool spindle
vibrations measured on the spindle housing. The vibration criteria provided in this part of ISO/TR 17243
apply to spindles with integral drive intended for stationary machine tools with nominal operating
−1 −1
speeds between 600 min and 30 000 min . This part of ISO/TR 17243 only applies to spindles with
rolling element bearing types.
This part of ISO/TR 17243 applies to spindles assembled on metal cutting machine tools.
This part of ISO/TR 17243 is applicable for testing, periodic verification, and continuous monitoring.
Spindles with bearing types other than rolling element bearings are excluded from this part of
ISO/TR 17243.
This part of ISO/TR 17243 does not address geometrical accuracy of axes of rotation (see ISO 230-7).
This part of ISO/TR 17243 does not address unacceptable cutting performance with regards to surface
finish and accuracy.
This part of ISO/TR 17243 does not address vibration severity issues of machine tool spindles operating
−1 −1
at speeds below 600 min or exceeding 30 000 min due to lack of supporting vibration data and
limitations in many vibration measurement instruments. Also, due to lack of data, machine tool spindles
with bearing types other than rolling element bearings are excluded from this part of ISO/TR 17243.
This part of ISO/TR 17243 does not address frequency domain analyses such as fast fourier
transform (FFT) analyses, envelope analyses, or other similar techniques.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 1925, Mechanical vibration — Balancing — Vocabulary
ISO 1940-1, Mechanical vibration — Balance quality requirements for rotors in a constant (rigid) state —
Part 1: Specification and verification of balance tolerances
ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
ISO 2954:2012, Mechanical vibration of rotating and reciprocating machinery — Requirements for
instruments for measuring vibration severity
ISO 13372, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vocabulary
© ISO 2014 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1925, ISO 2041, ISO 13372,
ISO 2954, and the following apply.
NOTE A concept limited to a special meaning in a particular context is indicated by designating the subject
field in angle brackets (<, >) before the definition. For example, in the context of spindle condition monitoring for
the term entry for alert, see 3.11.
3.1
belt driven spindle
spindle where the power transmission is achieved by a belt between the drive motor and the spindle
3.2
direct driven spindle
machine tool spindle in a motor-coupling-spindle configuration with no belts, gears, or other power
transmitting elements in the power train
3.3
gear driven spindle
machine tool spindle with one or more power transmitting gear units in the power train
Note 1 to entry: Gear driven spindles may also incorporate coupling and/or belts in the power train.
3.4
spindle with integral drive
spindle unit where the rotor of the drive motor is the rotor of the spindle
3.5
short term
time period of six months or shorter
Note 1 to entry: Time periods may differ for specific spindle types and/or operational conditions.
3.6
long term
time period of longer than six months
Note 1 to entry: Time period may differ for specific spindle types and/or operational conditions.
3.7
machine condition monitoring
detection, collection, and interpretation of information and data that indicate the spindle condition of a
machine tool spindle
3.8
spindle condition
root-mean-square (RMS) values for vibration velocity and acceleration of machine tool spindles as
defined by specifications
3.9
short term spindle condition
STSC
parameter indicating the short term spindle condition of a machine tool spindle
3.10
long term spindle condition
LTSC
parameter indicating the long term spindle condition of a machine tool spindle
2 © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
3.11
alert
condition where a significant change in spindle vibration magnitude
with respect to normal values has been detected
3.12
alarm
condition where the vibration magnitude induces increased dynamic
load on spindle bearings, reducing bearing lifetime
3.13
threshold for shutdown
condition where the vibration magnitude induces high dynamic load on
the spindle bearings potentially with substantial loss of bearing lifetime
3.14
steady-state operating temperature
condition where machine tool spindle has been running for a sufficient
time to reach a stable operating temperature
4 Preliminary operations
4.1 General
When measuring vibration, the operational condition of the machine tool is of great importance. This
part of ISO/TR 17243 is applicable to all normal operational conditions that the machine tool could be
in when machining.
For any spindle vibration measurement intended to characterize the spindle condition according to this
part of ISO/TR 17243, important operational conditions should be recorded; such operational conditions
include, but are not limited to, characteristics listed in 4.2 to 4.11.
When using vibration measurement results for evaluation of spindle condition, other factors
contributing to or interfering with the measured signals should be taken into consideration. Such
factors include spindle motor current control signals with their associated frequencies, influences of
machine foundation and the position of the other moving components affecting the dynamic response
of the overall system, and possible high level of scatter due to low energy content in the frequency range
of interest. If such interfering signals or conditions are suspected, frequency analysis techniques can be
used to differentiate bearing signals from other contributing factors.
4.2 Process load
All vibration measurements should be made under no-load conditions (no cutting, milling, or grinding).
4.3 Spindle speed
This part of ISO/TR 17243 is applicable for every speed within the nominal speed range of the machine
-1 −1
tool/spindle. Manufacturer may specify non-continuous speed ranges like 600 min to 17 000 min
-1 −1
and 19 000 min to 24 000 min in order to avoid unreasonable limits at resonance speeds. Two such
resonance speed intervals are allowed together, occupying a maximum of 10 % of the nominal operating
speed range of the spindle. The possibility to exclude certain speed ranges only applies to the vibration
velocity parameter as defined in 6.1, i.e. indicators for long term spindle condition (LTSC). The vibration
acceleration parameter as defined in 6.2, i.e. indicators for short term spindle condition (STSC), applies
to any speed within the nominal speed range of the spindle.
© ISO 2014 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
When measuring vibration magnitude as a function of spindle speed, it is important to execute the spindle
speed changes in such a way that a steady-state vibration of the spindle is reached before recording the
measurements. The following are typical methods.
— Step: Increasing or decreasing the spindle speed in steps not greater than 3 % of spindle maximum
speed with 10 s of constant speed at each such selected speed.
— Acceleration: Increasing or decreasing the spindle speed with a rate of not more than 20 % of
maximum spindle speed per minute.
Both the above methods will result in approximately 5 min measurement time.
4.4 Thermal conditions
Thermal conditions have to be agreed upon between manufacturer/supplier and user. If no conditions
are specified, the tests should be made under conditions as near as possible to those of normal
operation with regards to lubrication and warm-up. Therefore, the machine should have an idle running
performance in accordance with the conditions of use and the instructions of the manufacturer until the
machine/spindle has reached steady-state operating temperature. Refer to ISO 230-1 for the installation
of the machine before testing and warming up of the spindle and other moving components.
4.5 Spindle position and orientation
Spindle position: ISO/TR 17243-1 is applicable for all possible linear axis positions.
Spindle orientation: ISO/TR 17243-1 is applicable for all possible spindle orientations.
Spindle direction of rotation: For spindles that can be operated in either direction, ISO/TR 17243-1
applies to both clockwise and counter clockwise spindle rotation.
Spindle position, orientation, and direction of rotation for vibration measurements have to be agreed
upon between manufacturer/supplier and user.
4.6 Tool or workpiece balancing
A tool or workpiece mounted in the spindle might influence the vibration measurements due to the
unbalance of the tool or workpiece itself. It should be recorded whether a tool/workpiece is used
during the measurements or not. If used, the mass and balancing grade according to ISO 1940-1 of
tool/workpiece used during vibration measurements should be recorded.
4.6.1 Spindle vibration measurements with a tool/workpiece mounted in the spindle
Care should be taken to avoid errors introduced by the unbalance of the tool/workpiece. For most machine
tools/spindles, this implies that a balance quality grade of G2.5 or better, according to ISO 1940-1, is
required. If available, refer to spindle manufacturer recommendations.
4.6.2 Spindle vibration measurements without tool/workpiece
Spindles that can be operated throughout their entire operating speed range without any tool/workpiece
mounted and do not require tool/workpiece for balance can be measured without a tool/workpiece
mounted in the spindle.
4.7 Spindle chuck
Spindle chuck mechanical settings such as chuck front end position with respect to spindle gauge line for
clamped and unclamped positions, as well as jaw positions, should be recorded.
4 © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
4.8 Spindle cooling
The spindle cooling system settings should be set appropriately and the performance confirmed. All
settings should be recorded.
4.9 Drawbar
The drawbar status should be recorded as tool clamped, tool unclamped, or tool improperly clamped.
It is recommended that all spindle vibration measurements be performed with tool clamped or no tool.
Refer to 4.6.
4.10 Background vibration
If the measured vibration magnitude is greater than an acceptance criterion established by mutual
agreement between manufacturer/supplier and user and background vibration is suspected,
measurements should be made with the machine shut down to determine the degree of external influence.
If the vibration magnitude with the machine shut down exceeds 10 % of the value measured when the
machine is running, corrective action might be necessary to reduce the effect of background vibration.
NOTE In some cases, the effect of background vibration can be nullified by spectrum analysis or by eliminating
the offending external source.
4.11 Idle operation
It can be beneficial to conduct vibration measurements with the spindle idle but other machine tool
systems, such as pumps, fans, and hydraulic systems, active. Vibration data acquired this way can be
useful when comparing spindle vibration changes over time.
Idle spindle vibration measurements should be taken at the same measurement locations/directions as
running spindle vibration measurements. Refer to 5.2.
5 Measurement and operational procedures
5.1 Measuring instruments
The measuring instrument should comply with requirements of ISO 2954 for a specified frequency
range of 10 Hz to 10 kHz.
Various methods exist to compute the rms value of a specified frequency band. Refer to ISO 2954,
Annex A for further information on how to test the rms indicator of any measuring instrument.
Care should be taken to ensure that the measurements are not influenced by environmental factors or
other external factors including, but not limited to, the following:
— temperature variations;
— magnetic fields;
— sound pressure fields;
— sensor cable length;
— power supply noise.
Refer to 5.3 for further information on sensor mounting procedures.
© ISO 2014 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
5.2 Measurement locations/directions
5.2.1 General
For vibration criteria presented in this part of ISO/TR 17243, measurements should be taken on the
spindle housing at the front end of the spindle, as well as at the back end. Preferably, sensor longitudinal
locations should coincide with spindle bearing longitudinal locations as close as possible. Measurements
should be taken in a minimum of two radial directions at both ends of the spindle and in axial direction
in at least one end of the spindle (see Figure 1). It is recognized that the back end of the spindle, in many
cases, can be hard to access, requiring dismantling of covers, etc.
X1
Y1
X2
Y2
Z1
Key
X1, X2 preferred radial measurement locations in x-axis direction of machine
Y1, Y2 preferred radial measurement locations in y-axis direction of machine
Z1 preferred axial measurement locations in Z-axis direction of machine
Figure 1 — Examples of preferred measurement locations and possible naming conventions of
common machine/spindle configurations
The preferred sensor locations/directions ensure a good mechanical coupling with the mechanical
interface (the bearings) of rotating and non-rotating parts of the machine and hence, ensure low damping
of the vibration signals with good signal quality.
If, for practical reasons, some of the preferred sensor locations are not deemed possible to access, these
sensor locations may be omitted or alternative sensor positions be established by mutual agreement
between manufacturer/supplier and user. If alternative sensor locations are selected, the measurement
results might be affected.
The two radial measurement directions should be perpendicular to each other and coincide with the
movement axes of the machine tool, such as X and Y or any other axes defined by ISO 841. Refer to
Figure 1 for examples on common machine types.
For some machine tool designs, other measurement directions might be preferred.
It is recommended that the vibration sensor be placed at the preferred measurement locations of
Figure 1. For periodic measurements where the main interest is in observing changes in the vibration
related parameters over time, a single tri-axial sensor is a valid solution. In this last case, a fixed threaded
installation of the vibration sensor (see 5.3) is suggested to ensure measurement repeatability.
6 © ISO 2014 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(E)
All sensor locations/directions used for vibration measurements should be recorded.
5.2.2 Naming convention for measurement locations
Spindles with integral drive covered by this part of ISO/TR 17243 are used in many different machine
tool types and applications. Therefore, no obvious naming convention exists for assigning names to the
measurement locations/directions.
The nomenclature is according to ISO 841 when referring to directions coinciding with movement axes
of machine types covered by that International Standard. Possible measurement location names include
the following:
— “Spindle front end X”;
— “Spindle back end Y”
In any case where measurement location/direction names could be misinterpreted, additional data
should be supplied (i.e. a simple drawing).
5.3 Sensor mounting procedures
The sensor mounting should be as rigid as possible, ensuring that mounting procedure does not influence
the measured value in any significant way. Proper care should be taken to minimize any sensor mounting
resonances and signal saturation.
For acceptance testing of new or overhauled machine tools or spindles, chemical bonding or threaded
sensor mounting is recommended since these mounting procedures will ensure best possible
measurement results for all parameters defined in this part of ISO/TR 17243.
For periodic measurements, sensors mounted on wax or a magnetic base may be considered as a practical
alternative procedure.
Table 1 provides an overview of sensor mounting procedures and precautions.
Table 1 — Sensor mounting procedures
Type of mounting Suitability Precautions
Threaded Preferred Ensure clean, flat mounting surface
Chemical bonding Preferred Ensure clean, flat mounting surface
Wax Possible Be careful not to use wax on hot surfaces since this will
significantly reduce the upper frequency limit of the
mounting. Wax mounting might influence the upper
frequency limit of the measurements even when used on
normal temperature surfaces.
Magnetic base Possible Always be careful when assessing parameters involv-
ing high frequency data when measured with magnetic
base mounting. Be careful to use suitable magnetic base
type depending on mounting surface type. For curved
surfaces, use magn
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 17243-1
Première édition
2014-12-01
Broches pour machines-outils —
Évaluation des vibrations d'une
broche pour machine-outil par
mesurages sur le logement de la
broche —
Partie 1:
Broches à roulements à billes et
entraînements intégrés opérant à des
vitesses comprises entre 600 min-1 et
30 000 min-1
Machine tool spindles — Evaluation of machine tool spindle
vibrations by measurements on spindle housing —
Part 1: Spindles with rolling element bearings and integral drives
operating at speeds between 600 min-1 and 30 000 min-1
Numéro de référence
ISO/TR 17243-1:2014(F)
©
ISO 2014
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2014
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, 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, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2014 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Opérations préliminaires . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Sollicitations d’usinage . 4
4.3 Vitesse de la broche . 4
4.4 Conditions thermiques. 4
4.5 Position et orientation de la broche . 4
4.6 Équilibrage d’outil ou de pièce . 4
4.6.1 Mesurage des vibrations de la broche avec un outil/une pièce monté(e)
dans la broche . 5
4.6.2 Mesurage des vibrations de la broche sans outil/pièce . 5
4.7 Mandrin de serrage de la broche . 5
4.8 Refroidissement de la broche . 5
4.9 Serreur outil . 5
4.10 Vibrations dans l’environnement . 5
4.11 Fonctionnement à vide . 5
5 Procédures de mesure et modes opératoires . 6
5.1 Instruments de mesure . 6
5.2 Positions/orientations de mesure . 6
5.2.1 Généralités . 6
5.2.2 Convention de désignation des positions de mesure . 8
5.3 Procédures de montage de capteur . 8
6 Paramètres d’évaluation . 9
6.1 Paramètre de vibration en vitesse . 9
6.1.1 Broches ayant une vitesse maximale comprise entre 6 000 r/min et
30 000 r/min . 9
6.1.2 Broches ayant une vitesse maximale de fonctionnement inférieure à
6 000 r/min .10
6.2 Paramètre de vibration en accélération .10
6.3 Méthodes d’analyse du roulement par démodulation du spectre vibratoire .11
7 Classification des broches .11
7.1 Généralités .11
7.2 Classification en fonction de la puissance assignée .11
7.3 Classification en fonction de la vitesse maximale de la broche .11
7.4 Classification en fonction du type de roulement .12
8 Évaluation .12
8.1 Généralités .12
8.1.1 Incertitude de mesure .12
8.2 Critère I: amplitude vibratoire .13
8.2.1 Zones d’évaluation .13
8.2.2 Exemples de limites de zone d’évaluation .13
8.3 Critère II: évolution de l’amplitude vibratoire .13
8.4 Limites générales de zone .13
8.5 Exemples de valeurs de limites de zone d’évaluation .14
8.6 Limites de fonctionnement.15
8.6.1 Généralités .15
8.6.2 Réglage des alertes .15
© ISO 2014 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(F)
8.6.3 Réglage des alarmes .15
8.6.4 Réglage du seuil d’interruption .16
Annexe A (informative) Introduction aux autres techniques d’évaluation de l’état des
roulements.17
Bibliographie .20
iv © ISO 2014 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(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/CEI, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/ IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la 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: Avant-propos — Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 39, Machines-outils, sous-comité
SC 2, Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
L’ISO/TR 17243 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Broches pour
machines-outils — Évaluation des vibrations d’une broche pour machine-outil par mesurages sur le
logement de la broche:
— Partie 1: Broches à roulements à billes et entraînements intégrés opérant à des vitesses comprises entre
−1 −1
600 min et 30 000
— Partie 2: Broches à entraînement direct et broches à entraînement par courroie à roulements à billes
opérant à des vitesses comprises entre 600 r/min et 30 000 r/min
© ISO 2014 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(F)
Introduction
La présente partie de l’ISO/TR 17243 fournit des recommandations spécifiques pour l’évaluation de
l’intensité des vibrations mesurées sur le corps de broche, sur le site du client ou sur les installations
d’essais du fabricant de la machine-outil.
vi © ISO 2014 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 6 ----------------------
RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 17243-1:2014(F)
Broches pour machines-outils — Évaluation des vibrations
d'une broche pour machine-outil par mesurages sur le
logement de la broche —
Partie 1:
Broches à roulements à billes et entraînements intégrés
opérant à des vitesses comprises entre 600 min-1 et 30
000 min-1
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO/TR 17243 fournit des informations sur la façon d’évaluer l’intensité
vibratoire d’une broche de machine-outil, mesurée sur le corps de broche. Les critères en matière de
vibrations fournis dans la présente partie de l’ISO/TR 17243 s’appliquent aux broches à entraînement
intégré destinées aux machines-outils fixes dont les vitesses nominales de fonctionnement se situent
entre 600 r/min et 30 000 r/min. La présente partie de l’ISO/TR 17243 s’applique uniquement aux
broches munies de roulements de type roulements à billes.
La présente partie de l’ISO/TR 17243 s’applique aux broches montées sur des machines-outils travaillant
par enlèvement de métal.
La présente partie de l’ISO/TR 17243 est applicable pour un essai, une vérification périodique et une
surveillance continue.
Les broches munies de types de roulements autres que des roulements à billes sont exclues de la
présente partie de l’ISO/TR 17243.
La présente partie de l’ISO/TR 17243 ne traite pas de l’exactitude géométrique des axes de rotation
(voir ISO 230-7).
La présente partie de l’ISO/TR 17243 ne traite pas de la performance de coupe inacceptable en ce qui
concerne l’état de surface et l’exactitude.
La présente partie de l’ISO/TR 17243 ne traite pas des questions liées à l’intensité vibratoire des broches
pour machines-outils opérant à des vitesses inférieures à 600 r/min ou supérieures à 30 000 r/min,
étant donné le manque de données justificatives concernant les vibrations et les limites de nombreux
instruments de mesure des vibrations. En raison du manque de données, les broches pour machines-
outils munies de types de roulements autres que des roulements à billes sont également exclues de la
présente partie de l’ISO/TR 17243.
La présente partie de l’ISO/TR 17243 ne traite pas des analyses dans le domaine fréquentiel telles que
les analyses de transformée de Fourier rapide (TFR), les analyses d’enveloppe ou toute autre technique
similaire.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document
et sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 1925, Vibrations mécaniques — Équilibrage — Vocabulaire
© ISO 2014 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(F)
ISO 1940-1, Vibrations mécaniques — Exigences en matière de qualité dans l’équilibrage pour les rotors en
état (rigide) constant — Partie 1: Spécifications et vérification des tolérances d’équilibrage
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire
ISO 2954:2012, Vibrations mécaniques des machines tournantes ou alternatives — Exigences relatives aux
appareils de mesure de l'intensité vibratoire
ISO 13372, Surveillance et diagnostic de l'état des machines — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 1925, l’ISO 2041,
l’ISO 13372 et l’ISO 2954 ainsi que les suivants s'appliquent.
NOTE Un concept limité à un sens spécial dans un contexte particulier est indiqué en précisant le domaine
d'utilisation entre des parenthèses angulaires < > , avant la définition. Par exemple, dans le contexte de la
surveillance de l’état de la broche, pour l’article du terme «alerte», voir 3.11.
3.1
broche à entraînement par courroie
broche pour laquelle la transmission de puissance est obtenue au moyen d’une courroie entre le moteur
d’entraînement et la broche
3.2
broche à entraînement direct
broche pour machine-outil dans une configuration moteur-accouplement-broche, sans courroies,
engrenages ou tout autre élément de transmission de puissance dans le groupe motopropulseur
3.3
broche à entraînement par engrenage
broche pour machine-outil comportant un ou plusieurs étages d’engrenages transmettant la puissance
dans le groupe motopropulseur
Note 1 à l'article: Les broches à entraînement par engrenage peuvent également comprendre un couplage et/ou
des courroies dans le groupe motopropulseur.
3.4
broche à entraînement intégré
électro-broche dans laquelle le rotor du moteur d’entraînement est le rotor de la broche
3.5
court terme
à un horizon de six mois ou moins
Note 1 à l'article: La durée peut différer pour certains types de broches et/ou certaines conditions de
fonctionnement spécifiques.
3.6
long terme
à un horizon supérieur à six mois
Note 1 à l'article: La durée peut différer pour certains types de broches et/ou certaines conditions de
fonctionnement spécifiques.
3.7
surveillance de l’état de la machine
détection, collecte et interprétation des informations et données qui indiquent l’état de la broche d’une
machine-outil
2 © ISO 2014 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(F)
3.8
état de la broche
valeurs efficaces (RMS) de vibration, en vitesse et en accélération, des broches pour machines-outils
telles que définies par les spécifications
3.9
état de la broche à court terme
STSC
paramètre indiquant l’état à court terme d’une broche pour machine-outil
3.10
état de la broche à long terme
LTSC
paramètre indiquant l’état à long terme d’une broche pour machine-outil
3.11
alerte
état pour lequel une évolution significative de l’amplitude vibratoire
de la broche par rapport aux valeurs normales a été détectée
3.12
alarme
état pour lequel l’amplitude vibratoire induit une charge dynamique
accrue sur les roulements de la broche, réduisant la durée de vie du roulement
3.13
seuil d’interruption
état pour lequel l’amplitude vibratoire induit une charge dynamique
accrue sur les roulements de la broche, s’accompagnant potentiellement d’une réduction substantielle
de la durée de vie du roulement
3.14
température de fonctionnement stabilisée
état pour lequel la broche d’une machine-outil a fonctionné pendant
une durée suffisante pour atteindre une température de fonctionnement stable
4 Opérations préliminaires
4.1 Généralités
Lors du mesurage des vibrations, les conditions de fonctionnement de la machine-outil sont d'une
grande importance. La présente partie de l’ISO/TR 17243 est applicable à l’ensemble des conditions
normales de fonctionnement dans lesquelles la machine-outil est susceptible de se trouver lors de
l’usinage.
Pour tout mesurage des vibrations de la broche destiné à caractériser l’état de la broche conformément
à la présente partie de l’ISO/TR 17243, il convient d’enregistrer les conditions de fonctionnement
importantes; de telles conditions de fonctionnement comprennent, sans toutefois s’y limiter, les
caractéristiques énumérées de 4.2 à 4.11.
Lors de l’utilisation des résultats de mesure des vibrations pour évaluer l’état de la broche, il convient
de prendre en considération les autres facteurs contribuant aux signaux mesurés ou interférant avec
ceux-ci. De tels facteurs comprennent les signaux de commande courants du moteur de la broche avec
leurs fréquences associées, les influences liées à la fondation de la machine et la position des autres
composants mobiles ayant une incidence sur la réponse dynamique du système global, et le possible
haut niveau de dispersion dû à la faible quantité d’énergie dans la plage de fréquences considérée. Si de
tels signaux ou de telles conditions interférant sont suspecté(e)s, des techniques d’analyse fréquentielle
peuvent être utilisées pour différencier les signaux des roulements des autres facteurs contributifs.
© ISO 2014 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(F)
4.2 Sollicitations d’usinage
Il convient de réaliser l’ensemble des mesurages de vibrations dans des conditions de fonctionnement à
vide (pas de coupe, de fraisage, ni de meulage).
4.3 Vitesse de la broche
La présente partie de l’ISO/TR 17243 est applicable pour toute vitesse comprise dans la plage de vitesses
nominales de la machine-outil/broche. Le fabricant peut spécifier des plages de vitesses discontinues
comme 600 r/min à 17 000 r/min et 19 000 r/min à 24 000 r/min afin d’éviter des limitations
déraisonnables aux fréquences de résonance. Deux intervalles de fréquences de résonance tels que
ceux-ci sont autorisés, occupant à eux deux un maximum de 10 % de la plage de vitesses nominales de
fonctionnement de la broche. La possibilité d’exclure certaines plages de vitesses s’applique uniquement
au paramètre de vibration en vitesse tel que défini en 6.1, c’est-à-dire à l’indicateur pour l’état de la
broche à long terme (LTSC). Le paramètre de vibration en accélération tel que défini en 6.2, c’est-à-dire
l’indicateur pour l’état de la broche à court terme (STSC), s’applique à toutes les vitesses comprises dans
la plage de vitesses nominales de la broche.
Lors du mesurage de l’amplitude vibratoire en fonction de la vitesse de la broche, il est important d’exécuter
les changements de vitesse de la broche de manière à atteindre un état de vibrations stationnaires de la
broche avant d’enregistrer les mesures. Les méthodes suivantes sont des méthodes types.
— Pas: Augmentation ou réduction de la vitesse de la broche par pas ne dépassant pas 3 % de la vitesse
maximale de la broche avec 10 s de vitesse constante pour chaque vitesse ainsi sélectionnée.
— Accélération: Augmentation ou réduction de la vitesse de la broche d’une valeur ne dépassant pas
20 % de la vitesse maximale par minute de la broche.
Les deux méthodes ci-dessus nécessiteront un temps de mesure d’environ 5 min.
4.4 Conditions thermiques
Les conditions thermiques doivent faire l'objet d'un accord entre le fabricant/fournisseur et l'utilisateur.
Si aucune condition n’est spécifiée, il convient de réaliser les essais dans des conditions aussi proches
que possible de celles du fonctionnement normal en ce qui concerne la lubrification et le cycle de
chauffe. Par conséquent, il convient que la machine présente des performances de fonctionnement à
vide conformes aux conditions d’utilisation et aux instructions du fabricant jusqu’à ce que la machine/
broche atteigne sa température de fonctionnement stabilisée. Se référer à l’ISO 230-1 pour l’installation
de la machine avant essai et la chauffe de la broche et des autres composants mobiles.
4.5 Position et orientation de la broche
Position de la broche: L’ISO/TR 17243-1 est applicable pour toutes les positions possibles de l’axe
linéaire.
Orientation de la broche: L’ISO/TR 17243-1 est applicable pour toutes les orientations possibles de
la broche.
Sens de rotation de la broche: Pour les broches qui peuvent fonctionner dans n’importe quel sens, l’ISO/
TR 17243-1 s’applique à la fois à la rotation de la broche dans le sens horaire et dans le sens anti horaire.
La position, l’orientation et le sens de rotation de la broche pour les mesurages de vibrations doivent
faire l’objet d’un accord entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur.
4.6 Équilibrage d’outil ou de pièce
Un outil ou une pièce monté(e) dans la broche peut influencer les mesures de vibrations en raison
de leur déséquilibre intrinsèque. Il convient de consigner si un outil/une pièce est utilisé(e) ou non
pendant les mesurages. Si un outil/une pièce est utilisé(e), il convient de consigner la masse et la qualité
4 © ISO 2014 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO/TR 17243-1:2014(F)
de l’équilibrage conformément à l'ISO 1940-1 de l’outil/la pièce utilisé(e) pendant les mesurages de
vibrations.
4.6.1 Mesurage des vibrations de la broche avec un outil/une pièce monté(e) dans la broche
Il convient de veiller à éviter les erreurs dues au déséquilibre de l’outil/la pièce. Pour la plupart des
machines-outils/broches, cela implique qu'une qualité d’équilibrage de G2.5 ou meilleure, conforme
à l’ISO 1940-1, est requise. Si elles sont disponibles, se référer aux recommandations du fabricant de
la broche.
4.6.2 Mesurage des vibrations de la broche sans outil/pièce
Les broches qui peuvent fonctionner sur toute leur plage de vitesses de fonctionnement sans outil/pièce
monté(e) et qui n’exigent pas d’outil/de pièce pour l’équilibrage peuvent être mesurées sans outil/pièce
monté(e) dans la broche.
4.7 Mandrin de serrage de la broche
Il convient d’enregistrer les réglages mécaniques du mandrin de serrage de la broche, tels que la position
à l’extrémité avant du mandrin par rapport au plan de jauge de la broche pour les positions bridée et
débridée, ainsi que les positions des mors.
4.8 Refroidissement de la broche
Il convient d’ajuster de manière appropriée les réglages du système de refroidissement de la broche et
d’en confirmer les performances. Il convient d’enregistrer l’ensemble des réglages.
4.9 Serreur outil
Il convient de consigner l’état du serreur outil à savoir outil bridé, outil débridé ou outil mal bridé. Il est
recommandé de réaliser l’ensemble des mesurages de vibrations de broche avec un outil bridé ou sans
outil. Se référer à 4.6.
4.10 Vibrations dans l’environnement
Si l’amplitude vibratoire mesurée dépasse un critère d’acceptation établi par accord mutuel entre le
fabricant/fournisseur et l’utilisateur et que des vibrations dans l’environnement sont suspectées, il
convient de réaliser des mesurages avec la machine éteinte pour déterminer le degré de l’influence
externe. Si l’amplitude vibratoire avec la machine éteinte excède 10 % de la valeur mesurée lorsque la
machine fonctionne, une action corrective peut être nécessaire pour réduire l’effet des vibrations dans
l’environnement.
NOTE Dans certains cas, l’effet des vibrations dans l’environnement peut être annulé par une analyse
spectrale ou par élimination de la source externe indésirable.
4.11 Fonctionnement à vide
Il peut être bénéfique de réaliser des mesurages de vibrations avec la broche à vide mais avec les autres
systèmes de la machine-outil, tels que les pompes, ventilateurs et systèmes hydrauliques, actifs. Les
données vibratoires acquises de cette manière peuvent être utiles pour comparer les variations des
vibrations de la broche dans le temps.
Il convient de réaliser les mesurages de vibrations de la broche à vid
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.