ISO 13041-5:2006
(Main)Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres — Part 5: Accuracy of feeds, speeds and interpolations
Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres — Part 5: Accuracy of feeds, speeds and interpolations
ISO 13041-5:2006 specifies, with reference to ISO 230-1, certain kinematic tests for numercially controlled (NC) turning machines and turning centres, concerning the spindle speeds, the feeds of the individual NC linear axes and the accuracy of the paths described by the simultaneous movement of two or more NC linear and/or rotary axes.
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de tournage — Partie 5: Exactitude des vitesses, avances et interpolations
L'ISO 13041-5:2006 spécifie, en faisant référence à l'ISO 230-1, certains essais cinématiques pour les tours à commande numérique et les centres de tournage, portant sur les vitesses des broches, les avances des axes linéaires à commande numérique et l'exactitude des trajectoires décrites par le mouvement simultané d'au moins deux des axes rotatifs et/ou linéaires à commande numérique.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13041-5
First edition
2006-12-01
Test conditions for numerically controlled
turning machines and turning centres —
Part 5:
Accuracy of feeds, speeds and
interpolations
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de
tournage —
Partie 5: Exactitude des vitesses, avances et interpolations
Reference number
ISO 13041-5:2006(E)
©
ISO 2006
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ISO 13041-5:2006(E)
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ISO 13041-5:2006(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 13041-5 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
ISO 13041 consists of the following parts, under the general title Test conditions for numerically controlled
turning machines and turning centres:
⎯ Part 1: Geometric tests for machines with a horizontal workholding spindle
⎯ Part 2: Geometric tests for machines with a vertical workholding spindle
⎯ Part 3: Geometric tests for machines with an inverted vertical workholding spindle
⎯ Part 4: Accuracy and repeatability of positioning of linear and rotary axes
⎯ Part 5: Accuracy of feeds, speeds and interpolations
⎯ Part 6: Accuracy of a finished test piece
⎯ Part 7: Evaluation of contouring performance in the coordinate planes
⎯ Part 8: Evaluation of thermal distortions
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ISO 13041-5:2006(E)
Introduction
A numerically controlled turning machine is a machine tool in which the principal motion is the rotation of the
workpiece against the stationary cutting tool(s) and where cutting energy is brought by the workpiece and not
by the tool. This machine is controlled by a numerical control (NC) providing automatic function according to
ISO 13041-1:2004, 3.3, and can be of single- or multi-spindle type.
A turning centre is an NC turning machine equipped with power driven tool(s) and the capacity to orientate the
work holding spindle around its axis.
The object of ISO 13041 is to supply information as wide and comprehensive as possible on geometric,
positional, contouring, thermal and machining tests, which can be carried out for comparison, acceptance,
maintenance or any other purpose.
ISO 13041 specifies, with reference to the relevant parts of ISO 230, Test code for machine tools, tests for
turning centres and numerically controlled turning machines with or without tailstocks standing alone or
integrated in flexible manufacturing systems. ISO 13041 also establishes the tolerances or maximum
acceptable values for the test results corresponding to general purpose and normal accuracy turning centres,
and numerically controlled turning machines.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13041-5:2006(E)
Test conditions for numerically controlled turning machines
and turning centres —
Part 5:
Accuracy of feeds, speeds and interpolations
1 Scope
This part of ISO 13041 specifies, with reference to ISO 230-1, certain kinematic tests for numerically
controlled (NC) turning machines and turning centres, concerning the spindle speeds, the feeds of the
individual NC linear axes and the accuracy of the paths described by the simultaneous movement of two or
more NC linear and/or rotary axes.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 230-1:1996, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-
load or finishing conditions
ISO 230-4:2005, Test code for machine tools — Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
3 Preliminary remarks
3.1 Measuring units
In this part of ISO 13041, all linear dimensions, deviations and corresponding tolerances are expressed in
millimetres, angular dimensions are expressed in degrees, and angular deviations and the corresponding
tolerances are expressed in ratios, but in some cases microradians or arcseconds may be used for
clarification purposes. The equivalence of the following expressions should always be kept in mind:
−6
0,010/1 000 = 10 × 10 = 10 µrad ≈ 2 arcsec
3.2 Reference to ISO 230-1
For application of this part of ISO 13041, reference shall be made to ISO 230-1, especially for the installation
of the machine before testing, warming-up of spindles and other moving parts, the description of measuring
methods, and recommended accuracy of testing equipment.
3.3 Testing sequence
The sequence in which the kinematic tests are given 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.
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ISO 13041-5:2006(E)
3.4 Tests to be performed
When testing a machine, it is not always necessary or possible to carry out all the tests given in this part of
ISO 13041. When the tests are required for acceptance purposes, the choice of tests relating to the
components and/or the properties of the machine of interest is at the discretion of the user, in agreement with
the supplier/manufacturer. The tests to be used are to be clearly stated when ordering a machine. The mere
reference to this part of ISO 13041 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.
3.5 Measuring instruments
The measuring instruments indicated in relation to the tests given in Clause 4 are examples only. Other
instruments measuring the same quantities and having at least the same measurement uncertainty and the
same resolution may be used.
Due to the requirement of graphical representation of the results (e.g. detection of spikes at reversal points or
repeatability of the circular paths) in tests K3 to K6, measuring instruments shall have a resolution of
0,001 mm or better.
3.6 Diagrams
For reasons of simplification, the figures in this part of ISO 13041 illustrate only certain types of machines.
4 Kinematic tests
4.1 Speeds (K1) and feeds (K2)
The purpose of these tests is to check the overall accuracy of all the electric, electronic and kinematic chain in
the control system between the command values given by the controller.
4.2 Linear interpolations (K3)
The purpose of this test is to check the mutual behaviour of two linear axes while they are moving at the same
feed rate (45° angle) and to check the behaviour of each one of them at very low feed rate (small angles), with
the stick-slip motion possible.
4.3 Circular interpolations (K4)
The purpose of this test is to check the mutual behaviour of two linear axes (generally X and Z) at variable
feed rates, including points in which the feed of one axis slows down to zero and the direction of movement is
reversed.
4.4 Radial interpolations (K5)
This test is an alternative to K4, in cases where the machine under test does not have a measurement sweep
of 360° or if K4 is otherwise not relevant. The purpose of this test is to check the mutual behaviour of two
linear axes (generally X and Z) at variable feed rates, including points in which the feed of one axis slows
down to zero and the direction of movement is reversed.
4.5 Interpolations between X, Y and C axes (K 6)
The purpose of this test is to check the interpolation between the X, Y and C axes of a turning centre for
clockwise and anticlockwise (counter-clockwise) contouring motions.
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ISO 13041-5:2006(E)
Object
K1
Checking of deviations in the spindle speed at 50 % and 100 % of the maximum speed of each range, in
the clockwise and anticlockwise (counter-clockwise) directions of rotation.
Diagram
Tolerance
± 5 %
Measured deviation
Speed range Direction of rotation Programmed speed Actual speed % deviation
Anticlockwise
Clockwise
Anticlockwise
Clockwise
Anticlockwise
Clockwise
Anticlockwise
Clockwise
Measuring instruments
Revolutions counter, stroboscope or others
Observations and references to ISO 230-1
If the instantaneous speed is read, five readings shall be taken and the average calculated.
Readings shall be taken at constant speed, avoiding the acceleration/deceleration at start and stop.
The override control shall be set at 100 %.
The spindle speed deviation shall be calculated using the following formula:
actual speed− programmed speed
% deviation =× 100
programmed speed
NOTE This test is applicable to all main spindles and all to
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13041-5
Première édition
2006-12-01
Conditions d'essai des tours à
commande numérique et des centres de
tournage —
Partie 5:
Exactitude des vitesses, avances et
interpolations
Test conditions for numerically controlled turning machines and turning
centres —
Part 5: Accuracy of feeds, speeds and interpolations
Numéro de référence
ISO 13041-5:2006(F)
©
ISO 2006
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ISO 13041-5:2006(F)
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l'exploitation de ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation,
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Publié en Suisse
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ISO 13041-5:2006(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 13041-5 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 39, Machines-outils, sous-comité SC 2,
Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
L'ISO 13041 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Conditions d'essai des tours à
commande numérique et des centres de tournage:
⎯ Partie 1: Essais géométriques pour les machines à broche horizontale
⎯ Partie 2: Essais géométriques pour les machines à broche verticale
⎯ Partie 3: Essais géométriques pour les machines à broche verticale inversée
⎯ Partie 4: Précision et répétabilité de positionnement des axes linéaires et rotatifs
⎯ Partie 5: Exactitude des vitesses, avances et interpolations
⎯ Partie 6: Exactitude d'une pièce d'essai usinée
⎯ Partie 7: Évaluation des performances en contournage dans les plans de coordonnées
⎯ Partie 8: Évaluation des effets thermiques
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ISO 13041-5:2006(F)
Introduction
Un tour à commande numérique est une machine-outil dont le mouvement principal est la rotation de la pièce
par rapport à un ou des outils de coupe fixes et où l'énergie de coupe est fournie par la pièce et non par l'outil.
Cette machine à commande numérique assure un fonctionnement en mode automatique conformément à
l'ISO 13041-1:2004, 3.3, et peut être du type monobroche ou à plusieurs broches.
Un centre de tournage est un tour à commande numérique équipé d'un ou de plusieurs outils mécanisés et
capable d'orienter la broche porte-pièce autour de son axe.
L'objet de l'ISO 13041 est de fournir des informations aussi larges et exhaustives que possible sur les essais
géométriques, de positionnement, de contournage, thermiques et d'usinage pouvant être réalisés à des fins
de comparaison, de réception, de maintenance ou tout autre objet.
L'ISO 13041 spécifie, en faisant référence aux parties correspondantes de l'ISO 230, Code d'essai des
machines-outils, les essais relatifs aux centres de tournage et aux tours à commande numérique avec/sans
contre-poupées indépendantes ou intégrées dans des systèmes flexibles d'usinage. L'ISO 13041 établit
également les tolérances ou les valeurs acceptables maximales pour les résultats d'essai correspondant aux
centres de tournage et aux tours à commande numérique à usage général et d'exactitude normale.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13041-5:2006(F)
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des
centres de tournage —
Partie 5:
Exactitude des vitesses, avances et interpolations
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 13041 spécifie, en faisant référence à l'ISO 230-1, certains essais cinématiques
pour les tours à commande numérique et les centres de tournage, portant sur les vitesses des broches, les
avances des axes linéaires à commande numérique et l'exactitude des trajectoires décrites par le mouvement
simultané d'au moins deux des axes rotatifs et/ou linéaires à commande numérique.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 230-1:1996, Code d'essai des machines-outils — Partie 1: Précision géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions de finition
ISO 230-4:2005, Code d'essai des machines-outils — Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à
commande numérique
3 Remarques préliminaires
3.1 Unités de mesure
Dans la présente partie de l'ISO 13041, toutes les dimensions linéaires, tous les écarts et toutes 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 mais, dans certains cas, les microradians ou les secondes d'arc peuvent être utilisés pour plus de
clarté. Il convient de garder toujours à l'esprit l'équivalence des expressions suivantes:
−6
0,010/1 000 = 10 × 10 = 10 µrad ≈ 2 arcsec
3.2 Référence à l'ISO 230-1
Pour l'application de la présente partie de l'ISO 13041, il faut se reporter à l'ISO 230-1, notamment en ce qui
concerne l'installation de la machine avant essais, la mise en température des broches et autres organes
mobiles, la description des méthodes de mesurage et l'exactitude recommandée pour les appareils de
contrôle.
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ISO 13041-5:2006(F)
3.3 Ordre des essais
L'ordre dans lequel les essais cinématiques sont donnés ne définit nullement l'ordre pratique de succession
des opérations de mesurage. Pour des questions de facilité de contrôle ou de montage des instruments, il
peut être procédé aux essais dans un ordre entièrement différent.
3.4 Essais à réaliser
Il n'est pas toujours possible, ni nécessaire, lors de l'examen d'une machine, d'effectuer la totalité des essais
figurant dans la présente partie de l'ISO 13041. Lorsque les essais sont requis à des fins de réception, il
appartient à l'utilisateur de choisir, en accord avec le fournisseur/constructeur, les seuls essais correspondant
aux éléments et/ou propriétés qui l'intéressent. Les essais à réaliser doivent être clairement précisés lors de
la passation de commande de la machine. On considère que la simple référence à la présente partie de
l'ISO 13041 pour les essais de réception n'engage aucun des contractants, s'il n'y a pas accord sur les essais
à réaliser et sur les frais correspondants.
3.5 Instruments de mesure
Les instruments de mesure indiqués dans les essais décrits dans l'Article 4 ne sont que des exemples. Il est
possible d'utiliser d'autres instruments mesurant les mêmes grandeurs et ayant au moins la même incertitude
de mesure et la même résolution.
En raison de l'exigence de représentation graphique des résultats (par exemple détection des pics aux points
d'inversion ou répétabilité des trajectoires circulaires) des essais K3 à K6, les instruments de mesures doivent
avoir une résolution de 0,001 mm ou mieux.
3.6 Schémas
Pour des raisons de simplicité, les schémas de la présente partie de l'ISO 13041 illustrent seulement certains
types de machines.
4 Essais cinématiques
4.1 Vitesses (essai K1) et avances (essai K2)
Ces essais visent à vérifier l'exactitude globale de toute la chaîne électrique, électronique et cinématique du
système de commande, entre les valeurs de commande données par le contrôleur.
4.2 Interpolations linéaires (essai K3)
Cet essai vise à vérifier d'une part, le comportement mutuel de deux axes linéaires pendant qu'ils se
déplacent à la même vitesse d'avance (angle de 45°) et d'autre part, le comportement de chacun d'eux à très
faible vitesse d'avance (angles étroits), avec un éventuel broutage.
4.3 Interpolations circulaires (essai K4)
Cet essai vise à vérifier d'une part, le comportement mutuel de deux axes linéaires (généralement X et Z) à
des vitesses d'avance variables, en incluant des points auxquels l'avance d'un des deux axes ralentit jusqu'à
zéro et la direction du mouvement s'inverse.
4.4 Interpolations radiales (essai K5)
Cet essai est une alternative à l'essai K4 si la machine soumise à essai ne permet pas d'effectuer un
balayage de mesurage sur 360° ou si l'essai K4 n'est pas pertinent. Cet essai a pour objet de vérifier le
comportement mutuel de deux axes linéaires (généralement X et Z) à des vitesses d'avance variables, en
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ISO 13041-5:2006(F)
incluant des points auxquels l'avance d'un des deux axes ralentit jusqu'à zéro et la direction du mouvement
s'inverse.
4.5 Interpolations entre les axes X, Y et C (essai K6)
Cet essai vise à vérifier l'interpolation entre les axes X, Y et C d'un centre de tournage pour des mouvements
de contournage dans le sens horaire et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
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ISO 13041-5:2006(F)
Objet
K1
Contrôle des écarts de vitesse de la broche à 50 % et à 100 % de la vitesse maximale de chaque gamme
dans le sens horaire de rotation et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
Schéma
Tolérance
± 5 %
Écart mesuré
Gamme
Vitesse Écart
de Sens de rotation Vitesse réelle
programmée %
vitesses
Inverse
Horaire
Inverse
Horaire
Inverse
Horaire
Inverse
Horaire
Instruments de mesure
Compte-tours ou stroboscope ou autre
Observations et références à l'ISO 230-1
Si la vitesse instantanée est mesurée, il faut effectuer cinq lectures et calculer la moyenne.
Les lectures doivent se faire à vitesse constante, en évitant une accélération/décélération au début et à la fin.
Le contrôle de dépassement doit être réglé à 100 %.
L'écart de vitesse de la broche doit être calculé d'après la formule suivante:
vitesse réelle − vitesse programmée
Écart % = ×
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.