ISO 230-7:2015
(Main)Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
ISO 230-7:2015 is aimed at standardizing methods of specification and test of the geometric accuracy of axes of rotation used in machine tools. Spindle units, rotary heads, and rotary and swivelling tables of machine tools constitute axes of rotation, all having unintended motions in space as a result of multiple sources of errors. ISO 230-7:2015 covers the following properties of rotary axes: - axis of rotation error motion; - speed-induced axis shifts. The other important properties of rotary axes, such as thermally induced axis shifts and environmental temperature variation-induced axis shifts, are dealt with in ISO 230‑3. ISO 230-7:2015 does not cover the following properties of spindles: - angular positioning accuracy (see ISO 230‑1 and ISO 230‑2); - run-out of surfaces and components (see ISO 230‑1); - tool holder interface specifications; - inertial vibration measurements (see ISO/TR 230‑8); - noise measurements (see ISO 230‑5); - rotational speed range and accuracy (see ISO 10791‑6 and ISO 13041‑6); - balancing measurements or methods (see ISO 1940‑1 and ISO 6103); - idle run loss (power loss); - thermal effects (see ISO 230‑3).
Code d'essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
L'ISO 230-7:2015 a pour but de normaliser les méthodes de spécification et d'essai de l'exactitude géométrique des axes de rotation utilisés sur les machines-outils. Les porte-broches, têtes rotatives et tables rotatives et pivotantes des machines-outils constituent les axes de rotation, qui ont tous des mouvements non attendus dans l'espace, résultant de sources d'erreurs multiples. L'ISO 230-7:2015 couvre les propriétés suivantes des axes rotatifs : erreurs de mouvements des axes de rotation ; déplacements d'axes induits par la vitesse. Les autres propriétés importantes des axes rotatifs, telles que les déplacements d'axes induits thermiquement et les déplacements d'axes induits par des variations de température ambiante, sont décrites dans l'ISO 230‑3. L'ISO 230-7:2015 ne couvre pas les propriétés suivantes des broches : l'exactitude du positionnement angulaire (voir l'ISO 230‑1 et l'ISO 230-2) ; le battement des surfaces et des composants (voir l'ISO 230‑1) ; les spécifications des porte-outils ; les mesures inertielles de vibrations (voir l'ISO/TR 230‑8) ; les mesures de bruit (voir l'ISO 230‑5) ; l'amplitude et l'exactitude des vitesses de rotation (voir l'ISO 10791‑6 et l'ISO 13041-6) ; les mesures ou les méthodes d'équilibrage (voir l'ISO 1940‑1 et l'ISO 6103) ; les pertes en marche à vide (perte de puissance) ; les effets thermiques (voir l'ISO 230‑3).
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 230-7
Second edition
2015-05-15
Corrected version
2015-07-15
Test code for machine tools —
Part 7:
Geometric accuracy of axes of rotation
Code d’essai des machines-outils —
Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
Reference number
ISO 230-7:2015(E)
©
ISO 2015
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ISO 230-7:2015(E)
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ISO 230-7:2015(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
3.1 General concepts . 2
3.2 Error motion terms . 6
3.3 Consequences of axis of rotation error motion . 8
3.4 Directional decomposition of axis of rotation error motion .10
3.5 Decomposition of measured axis of rotation error motion based on
rotational frequency .11
3.6 Terms for axis of rotation error motion polar plots .12
3.7 Terms for axis of rotation error motion polar plot centres .14
3.8 Terms for axis of rotation error motion values .15
3.9 Terms for structural error motion .17
3.10 Terms for axis shift .17
4 Preliminary remarks .18
4.1 Measuring units .18
4.2 Reference to ISO 230-1 .18
4.3 Recommended instrumentation and test equipment .18
4.4 Environment .19
4.5 Rotary component to be tested .19
4.6 Rotary component warm-up .19
4.7 Structural error motion tests.19
4.7.1 General.19
4.7.2 Test procedure .19
4.7.3 Analysis of results .19
5 Error motion test methods for machine tool spindle units .20
5.1 General .20
5.2 Test parameters and specifications .20
5.3 Spindle axis of rotation tests — Rotating sensitive direction(s) .20
5.3.1 General.20
5.3.2 Radial error motion .20
5.3.3 Tilt error motion .23
5.3.4 Axial error motion .25
5.4 Spindle tests — Fixed sensitive direction .26
5.4.1 General.26
5.4.2 Test setup .26
5.4.3 Radial error motion .27
5.4.4 Axial error motion .29
5.4.5 Tilt error motion .30
6 Error motion test methods for machine tool rotary tables/heads .31
6.1 General .31
6.2 Axial error motion .31
6.2.1 Test setup .31
6.2.2 Test procedure .32
6.2.3 Data analysis .32
6.3 Radial error motion .33
6.3.1 Test setup .33
6.3.2 Test procedure .33
6.3.3 Data analysis for rotating sensitive direction .33
6.3.4 Data analysis for fixed sensitive direction .34
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ISO 230-7:2015(E)
6.4 Tilt error motion .34
6.4.1 Test setup .34
6.4.2 Test procedure .34
6.4.3 Data analysis for rotating sensitive direction .34
6.4.4 Data analysis for fixed sensitive direction .35
Annex A (informative) Discussion of general concepts .36
Annex B (informative) Elimination of reference sphere roundness error .55
Annex C (informative) Terms and definitions for compliance properties of axis of rotation .59
Annex D (informative) Terms and definitions for thermally-induced errors associated with
rotation of spindle and rotary tables/heads .60
Annex E (informative) Static error motion tests .61
Annex F (informative) Measurement uncertainty estimation for axis of rotation tests .62
Annex G (informative) Alphabetical cross-reference of terms and definitions .67
Annex H (informative) Linear displacement sensor bandwidth and rotational speed .69
Bibliography .72
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ISO 230-7:2015(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.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 230–7:2006), which has been technically
revised.
ISO 230 consists of the following parts, under the general title Test code for machine tools:
— Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load or quasi-static conditions
— Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning of numerically controlled axes
— Part 3: Determination of thermal effects
— Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
— Part 5: Determination of the noise emission
— Part 6: Determination of positioning accuracy on body and face diagonals (Diagonal displacement tests)
— Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
— Part 8: Vibrations [Technical Report]
— Part 9: Estimation of measurement uncertainty for machine tool tests according to series ISO 230, basic
equations [Technical Report]
— Part 10: Determination of the measuring performance of probing systems of numerically controlled
machine tools
— Part 11: Measuring instruments suitable for machine tool geometry tests [Technical Report]
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ISO 230-7:2015(E)
Introduction
This International Standard has been revised based on the comments received from industry and
academia related to the applications of axis of rotation error motions to rotary tables, and other milling
and drilling operations where more than one sensitive direction can be of critical importance. In this
revision, the terms and definitions were updated and the special cases, where 1st order harmonic of
radial error motion differs in different directions, were addressed. They are also reordered based on
a modified structure for better clarifying the general concepts and their applications. The cases where
there are multiple sensitive directions as well as the consequence of axis of rotation error motion in
radial location of parts (2D sensitive direction) are described.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 230-7:2015(E)
Test code for machine tools —
Part 7:
Geometric accuracy of axes of rotation
1 Scope
This part of ISO 230 is aimed at standardizing methods of specification and test of the geometric accuracy
of axes of rotation used in machine tools. Spindle units, rotary heads, and rotary and swivelling tables of
machine tools constitute axes of rotation, all having unintended motions in space as a result of multiple
sources of errors.
This part of ISO 230 covers the following properties of rotary axes:
— axis of rotation error motion;
— speed-induced axis shifts.
The other important properties of rotary axes, such as thermally induced axis shifts and environmental
temperature variation-induced axis shifts, are dealt with in ISO 230-3.
This part of ISO 230 does not cover the following properties of spindles:
— angular positioning accuracy (see ISO 230-1 and ISO 230-2);
— run-out of surfaces and components (see ISO 230-1);
— tool holder interface specifications;
— inertial vibration measurements (see ISO/TR 230-8);
— noise measurements (see ISO 230-5);
— rotational speed range and accuracy (see ISO 10791-6 and ISO 13041-6);
— balancing measurements or methods (see ISO 1940-1 and ISO 6103);
— idle run loss (power loss);
— thermal effects (see ISO 230-3).
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 230-1:2012, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or quasi-static conditions
© ISO 2015 – All rights reserved 1
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ISO 230-7:2015(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
NOTE They are presented in this sequence to help the user develop an understanding of the terminology of
axes of rotation. The alphabetical cross-references for these definitions are given in Annex G.
3.1 General concepts
3.1.1
spindle unit
tool or workpiece carrying device providing a capability to rotate the tool or the workpiece around an
axis of rotation
Note 1 to entry: A machine tool may have one or more spindle units.
3.1.2
rotary table
swivelling table
component of a machine tool carrying a workpiece and providing a capability for changing angular
orientation of the workpiece around an axis of rotation
Note 1 to entry: If a rotary table of a machining centre can be used for turning operations, the rotary table can be
seen as a spindle unit for these operations.
3.1.3
rotary head
swivelling head
component of a machine carrying a tool holding spindle unit and providing a capability for changing the
angular orientation of the spindle unit around an axis of rotation
Note 1 to entry: Sometimes multiple axes of rotations may be combined in a machine component.
3.1.4
spindle
rotor
rotating element of a spindle unit (or rotary table/head)
3.1.5
spindle housing
stator
stationary element of a spindle unit (or rotary table/head)
3.1.6
bearing
element of a spindle unit (or rotary table/head) that supports the rotor and enables rotation between
the rotor and the stator
3.1.7
axis of rotation
line segment about which rotation occurs
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.5.2]
Note 1 to entry: See Figure 1 a).
Note 2 to entry: In general, during rotation, this line segment translates (in radial and axial directions) and tilts
within the reference coordinate frame due to inaccuracies in the bearings and bearing seats structural motion or
axis shifts, as shown in Figure 1 a) and b).
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ISO 230-7:2015(E)
3.1.8
positive direction
in accordance with ISO 841, the direction of a movement that causes an increasing positive dimension
of the workpiece
3.1.9
perfect spindle (or rotary table/head)
spindle or rotary table/head having no error motion of its axis of rotation relative to its axis average line
3.1.10
perfect workpiece
rigid body having a perfect surface of revolution about a centreline
3.1.11
functional point
cutting tool centre point or point associated with a component on the machine tool where cutting tool
would contact the part for the purposes of material removal
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.4.2]
3.1.12
axis average line
straight line segment located with respect to the reference coordinate axes representing the mean
location of the axis of rotation
Note 1 to entry: See Figure 1 a).
Note 2 to entry: The axis average line is a useful term to describe changes in location of an axis of rotation in
response to load, temperature, or speed changes.
Note 3 to entry: Unless otherwise specified, the position and orientation of the axis average line should be
determined by connecting the calculated least-squares centres of two data sets of radial error motion taken at
axially separated locations (see 3.4).
Note 4 to entry: ISO 841 defines the Z-axis of a machine as being “parallel to the principal spindle of the machine”.
This implies that the machine Z-axis is parallel to the axis average line of the principal spindle. However, since
axis average line definition applies to other spindles and rotary axes as well, in general, not all axes of rotation are
parallel to the machine Z-axis. An axis average line should be parallel to the machine Z-axis only if it is associated
with the principal spindle of the machine.
3.1.13
axis shift
quasi-static relative angular and linear displacement, between the tool side and the
workpiece side, of the axis average line due to a change in conditions
Note 1 to entry: See Figure 1 c).
Note 2 to entry: Causes of axis shift include thermal influences, load changes, as well as speed and direction
changes. Axis of rotation error motion measurements are carried out over a period of time (number of revolutions)
and conditions that avoid axis shift.
3.1.14
structural loop
assembly of components which maintains the relative position and orientation between two specified
objects (i.e. between the workpiece and the cutting tool)
Note 1 to entry: A typical pair of specified objects is a cutting tool and a workpiece on a machine tool (e.g. lathe).
In this case, the structural loop would include the workpiece holding fixture (e.g. chuck), spindle, bearings and
spindle housing, the machine head stock, machine bed, the machine slideways, carriages, and the tool holding
fixture.
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ISO 230-7:2015(E)
a) Reference coordinate axes, axis of rotation, axis average line, and error motion of a spindle
b) Error motions of axis of rotation c) Position and orientation errors (axis shift) of
axis average line
Key
1 spindle (rotor) E tilt error motion of C around X-axis
AC
2 error motion trajectory of axis of rotation at E tilt error motion of C around Y-axis
BC
varying angular positions of the spindle
3 axis average line E angular positioning error motion of C
CC
4 axis of rotation (at a given angular position of the E error of the position of C in X-axis direction
XOC
spindle)
5 spindle housing (stator) E error of the position of C in Y-axis direction
YOC
E radial error motion of C in X-axis direction E error of the orientation of C in A-axis direction;
XC A(OY)C
squareness of C to Y
E radial error motion of C in Y-axis direction E error of the orientation of C in B-axis direction;
YC B(OX)C
squareness of C to X
E axial error motion of C E zero position error of C-axis
ZC C0C
a
Reference axis.
Figure 1 — Reference coordinate axes, axis average line, and error motions of an axis of
rotation shown for a C spindle or a C rotary axis
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ISO 230-7:2015(E)
3.1.15
radial throw of a rotary axis at a given point
distance between the geometric axis of a part (or test artefact) connected to a rotary axis and the axis
average line, when the two axes do not coincide
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.5.10]
3.1.16
run-out of a functional surface at a given section
total displacement measured by a displacement sensor sensing against a moving surface or moved with
respect to a fixed surface
Note 1 to entry: The terms “TIR” (total indicator reading) and “FIM” (full indicator movement) are equivalent to
run-out.
Note 2 to entry: Measured run-out of a rotating surface includes surface profile (form) errors, radial throw of
the axis, axis of rotation error motions and possibly motion of the surface with respect to axis of rotation (due to
dynamic excitation of the workpiece) and structural error motion.
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.9.7]
3.1.17
stationary point run-out
total displacement measured by a displacement sensor sensing against a point on a rotating surface
which has negligible lateral motion with respect to the sensor when both the sensor and the surface
rotate together
Note 1 to entry: See Figure 2 and ISO 230-1:2012, 10.2.2.
Figure 2 — Schematics of sample applications for use of stationary point run-out
(radial test for concentricity and face test for parallelism)
3.1.18
squareness error between two axis average lines
angular deviation from 90° between the axis average line of a rotating component of the machine and (in
relation to) the axis average line of another rotating component of the machine
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.6.9]
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ISO 230-7:2015(E)
3.1.19
squareness error between a linear axis of motion and an axis average line
angular deviation from 90° between the reference straight line of a point on a linear moving component
and (in relation to) the axis average line of a rotating component of the machine
Note 1 to entry: The positive direction associated with the axis of rotation is taken as the positive direction of the
linear motion resulting from the right-hand rule according to ISO 841.
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.6.8]
3.1.20
play
condition of zero stiffness over a limited range of displacement due to clearance between elements of a
structural loop
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.3.3]
3.1.21
hysteresis
linear (or angular) displacement between two objects resulting from the sequential application and
removal of equal forces (or moments) in opposite directions
Note 1 to entry: Hysteresis is caused by mechanisms, such as drive train clearance, guideway clearance, mechanical
deformations, friction, and loose joints.
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.3.4]
3.1.21.1
setup hysteresis
hysteresis of various components in a test setup, normally due to loose mechanical connections
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.3.5]
3.1.21.2
machine hysteresis
hysteresis of the machine structure when subjected to specific loads
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.3.6]
3.2 Error motion terms
3.2.1
axis of rotation error motion
unwanted changes in position and orientation of axis of rotation relative to its axis average line as a
function of angular position of the rotating component
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.5.4 — modified to improve clarity]
Note 1 to entry: See Figure 3.
Note 2 to entry: This error motion may be measured as motions of the surface of a perfect cylindrical or spherical
test artefact with its centreline coincident with the axis of rotation.
Note 3 to entry: Error motions are specified as location and direction as shown in Figure 3 a) and do not include
motions due to axis shifts associated with changes in temperature, load, or rotational speed.
6 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 230-7:2015(E)
a) General case of axis of rotation error motion
b) Axial error motion c) Face error motion
d) Radial error motion e) Tilt error motion
Key
1 spindle 6 sensitive direction
2 perfect workpiece 7 axial location
3 axis average line 8 radial location
4 displacement sensor 9 direction angle
5 error motion
Figure 3 — General case of axis of rotation error motion and axial, face, radial, and tilt error
motions for fixed sensitive direction
3.2.2
structural error motion
error motion caused by internal or external excitation and affected by elasticity, mass, and damping of
the structural loop
Note 1 to entry: See 3.9
© ISO 2015 – All rights reserved 7
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ISO 230-7:2015(E)
Note 2 to entry: Structural error motion can be reaction to the rotation of the spindle/rotary table/head that can
influence the measurements.
3.2.3
bearing error motion
error mo
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 230-7
Deuxième édition
2015-05-15
Code d’essai des machines-outils —
Partie 7:
Exactitude géométrique des axes de
rotation
Test code for machine tools —
Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
Numéro de référence
ISO 230-7:2015(F)
©
ISO 2015
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ISO 230-7:2015(F)
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ii © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO 230-7:2015(F)
Sommaire Page
Avant-propos . v
Introduction . vii
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
3.1 Concepts généraux . 2
3.2 Termes relatifs aux erreurs de mouvements . 6
3.3 Conséquences de l'erreur de mouvement de l'axe de rotation . 8
3.4 Décomposition directionnelle de l'erreur de mouvement de l'axe de rotation . 10
3.5 Décomposition de l'erreur de mouvement de l'axe de rotation mesurée en fonction de la
fréquence de rotation . 11
3.6 Termes relatifs aux diagrammes polaires de l'erreur de mouvement de l'axe . 12
3.7 Termes relatifs aux centres des diagrammes polaires de l'erreur de mouvement de l'axe
de rotation . 15
3.8 Termes relatifs aux valeurs de l'erreur de mouvement de l'axe de rotation . 16
3.9 Termes relatifs à l’erreur de mouvement de la structure . 18
3.10 Termes relatifs au déplacement d'axe . 19
4 Remarques préliminaires . 19
4.1 Unités de mesure . 19
4.2 Référence à l'ISO 230-1 . 20
4.3 Instruments et équipements d'essai recommandés . 20
4.4 Environnement . 20
4.5 Composant rotatif à soumettre à essai . 20
4.6 Mise en température du composant rotatif. 21
4.7 Essais d’erreur de mouvement de la structure . 21
5 Méthodes d'essai d’erreur de mouvement pour les porte-broches des machines-outils . 21
5.1 Généralités . 21
5.2 Paramètres et spécifications d'essai . 21
5.3 Essais de l'axe de rotation de la broche – Direction(s) de rotation sensitive(s) . 22
5.4 Essais de la broche – Direction sensitive fixe . 28
6 Méthodes d'essai d’erreur de mouvement pour les tables/têtes rotatives des machines-
outils . 33
6.1 Généralités . 33
6.2 Erreur de mouvement axial . 34
6.3 Erreur de mouvement radial . 35
6.4 Erreur de mouvement d'inclinaison . 37
Annexe A (informative) Description des concepts généraux . 39
Annexe B (informative) Élimination de l'erreur d'arrondi de la sphère de référence . 61
Annexe C (informative) Termes et définitions des propriétés de souplesse d'un axe de rotation . 65
Annexe D (informative) Termes et définitions des erreurs induites par les effets thermiques
associées à la rotation d'une broche et d'une table/tête rotative . 66
Annexe E (informative) Essais de l’erreur de mouvement statique . 67
Annexe F (informative) Estimation de l'incertitude de mesure pour les essais des axes de rotation . 68
Annexe G (informative) Référence croisée alphabétique des termes et définitions. 73
© ISO 2015 – Tous droits réservés iii
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ISO 230-7:2015(F)
Annexe H (informative) Largeur de bande du capteur de déplacement linéaire et vitesse de
rotation .76
Bibliographie .79
iv © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO 230-7:2015(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'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 ISO/TC 39, Machines-outils,
sous‐comité SC 2, Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 230‐7:2006), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
L'ISO 230 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Code d’essai des machines-outils:
Partie 1 : Précision géométrique des machines fonctionnant à vide ou dans des conditions
quasi-statiques
Partie 2 : Détermination de l'exactitude et de la répétabilité de positionnement des axes en commande
numérique
Partie 3 : Évaluation des effets thermiques
Partie 4 : Essais de circularité des machines-outils à commande numérique
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ISO 230-7:2015(F)
Partie 5 : Détermination de l'émission sonore
Partie 6 : Détermination de la précision de positionnement sur les diagonales principales et de face
(essais de déplacement en diagonale)
Partie 7 : Exactitude géométrique des axes de rotation
Partie 8 : Vibrations [Rapport technique]
Partie 9 : Estimation de l'incertitude de mesure pour les essais des machines-outils selon la série
ISO 230, équations de base [Rapport technique]
Partie 10 : Détermination de la performance de mesure des systèmes de palpage des machines-outils à
commande numérique
Partie 11 : Instruments de mesure compatibles avec les essais de géométrie des machines-outils
[Rapport technique]
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ISO 230-7:2015(F)
Introduction
La présente Norme internationale a fait l'objet d'une révision établie à partir des commentaires reçus des
milieux industriels et universitaires relatifs aux applications des erreurs de mouvements des axes de rotation
aux tables rotatives ainsi qu’à d'autres opérations de fraisage et de perçage pour lesquelles plusieurs
directions sensitives peuvent être d'importance cruciale. Dans cette révision, les termes et les définitions ont
été mis à jour et les cas particuliers, dans lesquels l'harmonique de premier rang de l’erreur de mouvement
radial diffère selon les directions, ont été pris en compte. L'ordre des termes a également été modifié afin de
mieux mettre en évidence les concepts généraux et leurs applications. Les cas impliquant plusieurs directions
sensitives ainsi que les conséquences de l'erreur de mouvement de l'axe de rotation à un emplacement radial
des pièces (direction sensitive 2D) sont décrits.
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NORME INTERNATIONALE ISO 230-7:2015(F)
Code d’essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude
géométrique des axes de rotation
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 230 a pour but de normaliser les méthodes de spécification et d'essai de
l'exactitude géométrique des axes de rotation utilisés sur les machines-outils. Les porte-broches, têtes
rotatives et tables rotatives et pivotantes des machines-outils constituent les axes de rotation, qui ont tous des
mouvements non attendus dans l'espace, résultant de sources d'erreurs multiples.
La présente partie de l'ISO 230 couvre les propriétés suivantes des axes rotatifs :
erreurs de mouvements des axes de rotation ;
déplacements d'axes induits par la vitesse.
Les autres propriétés importantes des axes rotatifs, telles que les déplacements d'axes induits thermiquement
et les déplacements d'axes induits par des variations de température ambiante, sont décrites dans
l'ISO 230-3.
La présente partie de l'ISO 230 ne couvre pas les propriétés suivantes des broches :
l'exactitude du positionnement angulaire (voir l'ISO 230-1 et l'ISO 230-2) ;
le battement des surfaces et des composants (voir l'ISO 230-1) ;
les spécifications des porte-outils ;
les mesures inertielles de vibrations (voir l'ISO/TR 230-8) ;
les mesures de bruit (voir l'ISO 230-5) ;
l'amplitude et l'exactitude des vitesses de rotation (voir l'ISO 10791-6 et l'ISO 13041-6) ;
les mesures ou les méthodes d'équilibrage (voir l'ISO 1940-1 et l'ISO 6103) ;
les pertes en marche à vide (perte de puissance) ;
les effets thermiques (voir l'ISO 230-3).
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière 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 230-1:2012, Code d'essai des machines-outils — Partie 1 : Exactitude géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-statiques
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ISO 230-7:2015(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
NOTE L'ordre de leur présentation est conçu pour aider l'utilisateur à mieux comprendre la terminologie des axes de
rotation. Les références alphabétiques croisées de ces termes sont données dans l'Annexe G.
3.1 Concepts généraux
3.1.1
porte-broche
dispositif de maintien d'un outil ou d'une pièce permettant de faire tourner l'outil ou la pièce autour d'un axe de
rotation
Note 1 à l’article Une machine-outil peut avoir un ou plusieurs porte-broches.
3.1.2
table rotative
table pivotante
composant d'une machine-outil maintenant une pièce et permettant de modifier l'orientation angulaire de la
pièce autour d'un axe de rotation
Note 1 à l’article Si une table rotative d'un centre d'usinage peut être utilisée pour des opérations de tournage, la table
rotative peut être considérée comme un porte-broche pour ces opérations.
3.1.3
tête rotative
tête pivotante
composant d'une machine maintenant un porte-outil porte-broche et permettant de modifier l'orientation
angulaire du porte-broche autour d'un axe de rotation
Note 1 à l’article Un composant de machine peut parfois combiner plusieurs axes de rotation.
3.1.4
broche
rotor
élément en rotation d'un porte-broche (ou d'une table/tête rotative)
3.1.5
logement de broche
stator
élément fixe d'un porte-broche (ou d'une table/tête rotative)
3.1.6
palier
élément d'un porte-broche (ou d'une table/tête rotative) sur lequel s'appuie le rotor, et qui permet la rotation
entre le rotor et le stator
3.1.7
axe de rotation
segment de ligne autour duquel une rotation s'effectue
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.5.2]
Note 1 à l’article Voir Figure 1 a).
Note 2 à l’article Des inexactitudes des paliers et des sièges de paliers, du mouvement de la structure ou des
déplacements d'axe, provoquent généralement, durant la rotation, un déplacement (dans les directions radiales et axiales)
et une inclinaison de ce segment de ligne par rapport aux axes de coordonnées de référence comme illustré à la
Figure 1 a) et b).
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ISO 230-7:2015(F)
3.1.8
sens positif
conformément à l'ISO 841, sens d’un mouvement qui engendre une augmentation de la dimension positive de
la pièce
3.1.9
broche (ou table/tête rotative) parfaite
broche ou table/tête rotative dont l'axe de rotation ne présente aucune erreur de mouvement par rapport aux
axes de coordonnées de référence
3.1.10
pièce parfaite
corps rigide présentant une surface de révolution parfaite autour d'un axe
3.1.11
point fonctionnel
point central de l'outil de coupe ou point associé à un organe de la machine-outil où l'outil de coupe serait en
contact avec la pièce en vue du retrait de matières
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.4.2]
3.1.12
ligne moyenne de l'axe
segment de ligne droite fixe par rapport aux axes de coordonnées de référence qui représente l'emplacement
moyen de l'axe de rotation
Note 1 à l’article Voir Figure 1 a).
Note 2 à l’article La ligne moyenne de l'axe est un terme utile pour décrire les variations de l'emplacement de l'axe de
rotation en réponse à des variations de charge, de température ou de vitesse.
Note 3 à l’article Sauf spécification contraire, il convient de déterminer la position et l'orientation de la ligne moyenne
de l'axe en connectant les centres des moindres carrés calculés pour deux ensembles de données de l’erreur de
mouvement radial relevés à des emplacements séparés axialement (voir 3.4).
Note 4 à l’article L'ISO 841 définit l'axe Z de la machine comme « parallèle à la broche principale de la machine ». Ceci
implique que l'axe Z de la machine est parallèle à la ligne moyenne de l'axe de la broche principale. Cependant, comme la
définition de la ligne moyenne de l'axe s'applique aussi à d'autres axes de broche ou axes en rotation, les axes de rotation
ne sont en général pas tous parallèles à l'axe Z de la machine. Il convient que la ligne moyenne de l'axe soit parallèle à
l'axe Z de la machine seulement si elle est associée à la broche principale de la machine.
3.1.13
déplacement d'axe
déplacement angulaire et linéaire relatif quasi statique, entre le côté de l'outil et le côté de la
pièce, de la position de la ligne moyenne de l'axe suite à un changement des conditions
Note 1 à l’article Voir Figure 1 c).
Note 2 à l’article Les causes d'un déplacement d'axe comprennent les influences thermiques, les variations de charge
ainsi que les variations de vitesse et de direction. Les mesurages de l’erreur de mouvement d'un axe de rotation sont
réalisés sur une période donnée (nombre de rotations) et dans des conditions évitant le déplacement d'axe.
3.1.14
boucle structurelle
assemblage de composants qui maintient la position et l'orientation relatives entre deux objets spécifiés
(c'est-à-dire entre la pièce et l'outil de coupe)
Note 1 à l’article Une paire type d'objets spécifiés est constituée d'un outil de coupe et d'une pièce à usiner sur une
machine-outil (par exemple, tour). Dans ce cas, la boucle structurelle comprendrait le dispositif de maintien de la pièce
(par exemple, mandrin), la broche, les paliers et le logement de la broche, la poupée fixe de la machine, le banc de la
machine, les glissières de la machine, les chariots ainsi que le dispositif de serrage de l'outil.
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ISO 230-7:2015(F)
a) Axes de référence de coordonnées, axe de rotation, ligne moyenne de l'axe et erreur de mouvement
d'une broche
b) Erreur de mouvements de l'axe de rotation c) Erreurs de position et d’orientation (déplacement
d'axe) de la ligne moyenne d’axe
Légende
1 broche (rotor) E erreur de mouvement d'inclinaison de C autour de
AC
l'axe X
2 trajectoire de l'erreur de mouvement de l'axe de E erreur de mouvement d'inclinaison de C autour de
BC
rotation à différentes positions angulaires de la broche l'axe Y
3 ligne moyenne de l'axe E erreur de mouvement de positionnement angulaire de
CC
C
4 axe de rotation (à une position angulaire donnée de la E erreur de la position de C dans la direction de l'axe X
XOC
broche)
5 logement de broche (stator) E erreur de la position de C dans la direction de l'axe Y
YOC
E erreur de mouvement radial de C dans la direction de E erreur de l'orientation de C dans la direction de l'axe
XC A(OY)C
l'axe X A ; perpendicularité de C par rapport à Y
E erreur de mouvement radial de C dans la direction de E erreur de l'orientation de C dans la direction de l'axe
YC B(OX)C
l'axe Y B ; perpendicularité de C par rapport à X
E erreur de mouvement axial de C E zero position error of C‐axis
ZC C0C
a
Axe de référence.
Figure 1 — Axes de coordonnées de référence, ligne moyenne d'axe et erreur de mouvements d'un
axe de rotation illustré pour une broche C ou un axe de rotation C
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ISO 230-7:2015(F)
3.1.15
battement radial d'un axe de rotation en un point donné
distance entre l'axe géométrique d'une pièce (ou un étalon de test) connecté à un axe rotatif et la ligne
moyenne de l'axe lorsque ces deux axes ne coïncident pas
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.5.10]
3.1.16
battement d'un point fonctionnel à une section donnée
déplacement total mesuré par un palpeur de déplacement sur une surface se déplaçant ou déplacée par
rapport à une surface fixée
Note 1 à l’article Les termes « T.I.R. » [Total Indicator Reading (lecture totale)] et « F.I.M. » [Full Indicator Movement
(mouvement complet du comparateur)] sont équivalents à battement.
Note 2 à l’article Le battement mesuré d'une surface en rotation comprend les erreurs de profil superficiel (forme), le
battement radial de l'axe, les erreurs de mouvements de l'axe de rotation et éventuellement le mouvement de la surface
par rapport à l'axe de rotation (en raison de l'excitation dynamique de la pièce à usiner) et l’erreur de mouvement de la
structure.
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.9.7]
3.1.17
battement de point fixe
déplacement total mesuré par un capteur de déplacement analysant un point sur une surface en rotation, dont
le mouvement latéral par rapport au capteur est négligeable quand à la fois le capteur et la surface tournent
ensemble
Note 1 à l’article Voir Figure 2 et ISO 230-1:2012, 10.2.2.
Figure 2 — Schémas d'exemples d'application pour l'utilisation d'un battement radial de point fixe
(essai radial pour la concentricité et essai frontal pour le parallélisme)
3.1.18
erreur de perpendicularité entre deux lignes moyennes d'axe
écart angulaire de 90˚ entre la ligne moyenne d'axe d'une composante de rotation de la machine et (en
relation avec) la ligne moyenne d'axe d'une autre composante de rotation de la machine
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.6.9]
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ISO 230-7:2015(F)
3.1.19
erreur de perpendicularité entre un axe de mouvement linéaire et une ligne moyenne d'axe
écart angulaire de 90˚ entre la droite de référence de la trajectoire d'un point d'une composante linéaire de
déplacement et (en relation avec) la ligne moyenne d'axe d'une composante de rotation de la machine
Note 1 à l’article Le sens positif associé à l'axe de rotation est pris comme le sens positif du déplacement linéaire
résultant de la règle de la main droite conformément à l'ISO 841.
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.6.8]
3.1.20
jeu
condition de rigidité nulle sur une étendue de déplacement limitée due au jeu entre les éléments de la boucle
structurelle
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.3.3]
3.1.21
hystérésis
déplacement linéaire (ou angulaire) entre deux objets résultant de l’application et du retrait séquentiels des
forces égales (ou moments) dans des directions opposées
Note 1 à l’article L’hystérésis est due à des mécanismes tels que des jeux de trains d’entraînement, des jeux de
glissières, une déformation mécanique, le frottement et des joints avec jeu.
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.3.4]
3.1.21.1
hystérésis de montage
hystérésis de différents composants dans un montage d'essai, normalement due à des jeux mécaniques
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.3.5]
3.1.21.2
hystérésis de machine
hystérésis de la structure de la machine lorsqu'elle est soumise à des charges spécifiques
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.3.6]
3.2 Termes relatifs aux erreurs de mouvements
3.2.1
erreur de mouvement de l'axe de rotation
variations involontaires de position et d'orientation de l'axe de rotation par rapport à ses axes de coordonnées
de référence en fonction de la position angulaire du composant rotatif
[SOURCE : ISO 230-1:2012, 3.5.4 – modifiée pour améliorer la clarté]
Note 1 à l’article Voir Figure 3.
Note 2 à l’article Cette erreur de mouvement peut être mesurée comme les mouvements de la surface d'une pièce
d'essai parfaitement cylindrique ou sphérique dont l'axe coïncide avec l'axe de rotation.
Note 3 à l’article Les erreurs de mouvements sont spécifiées par rapport aux emplacements et directions tels qu'illustré
à la Figure 3 a) et ne comprennent pas les mouvements dus aux déplacements d'arbre associés à des variations de
température, de charge ou de vitesse de rotation.
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ISO 230-7:2015(F)
a) Cas général d’erreur de mouvement de l’axe de rotation
b) Erreur de mouvement axial c) Erreur de mouvement frontal
d) Erreur de mouvement radial e) Erreur de mouvement d'inclinaison
Légende
1 broche 6 direction sensitive
2 pièce parfaite 7 emplacement axial
3 ligne moyenne d’axe 8 emplacement radial
4 capteur de déplacement 9 angle de direction
5 erreur de mouvement
Figure 3 — Cas général d’erreur de mouvement de l’axe de rotation et erreur de mouvements axial,
frontal, radial et d'inclinaison pour une direction sensitive fixe
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ISO 230-7:2015(F)
3.2.2
erreur de mouvement de la structure
erreur de mouvement généré par une excitation interne ou externe et affecté par l’élasticité, la masse et
l’amortissement de la boucle structurelle
Note 1 à l’article Voir 3.9.
Note 2 à l’article L’erreur de mouvement de la structure peut être la réaction de la rotation de la broche/table ou
tête/rotative qui peut influencer les mesurages.
3.2.3
erreur de mouvement du palier
erreur de mouvement due à un palier imparfait entre les composants stationnaires et en rotation d'un axe de
rotation
Note 1 à l’article Voir Annexe A.
3.2.4
erreur de mouvement statique
cas particulier d’erreur de mouvement dans lequel l’erreur de mouvement est échantillonnée alors que la
broche (ou la table/tête rotative) est à l'arrêt dans une série de positions de rotation discrètes
Note 1 à l’article Ceci sert à mesurer l’erreur de mouvement en l'absence de toute influence dynamique.
3.3 Conséquences de l'erreur de mouvement de l'axe de rotation
NOTE Le mesurage de l'erreur de mouvement de l'axe de rotation tient compte de l'utilisation prévue de l'axe de
rotation. Comme indiqué dans la définition 3.2.1, l’erreur de mouvement de l'axe de rotation indique le mouvement global,
dans un espace tridimensionnel, de l'axe de rotation par rapport à sa ligne d’axe moyenne. Les conséquences de ce
mouvement sur l'exactitude des pièces usinées varient en fonction du type d'usinage. Par exemple, dans les cas
d'usinage les plus simples tels que les opérations de tournage et d'alésage en point unique, seule la composante de
l’erreur de mouvement dans la direction de l'outil de coupe à un moment donné est importante. En revanche, pour une
opération de fraisage impliquant plusieurs arêtes de coupe, l’erreur de mouvement dans différentes directions peut avoir
une importance. De même, le perçage axial de trous sur une pièce montée sur une table rotative nécessite de connaître
l'erreur de mouvement de l'axe de rotation de la table rotative correspondant au modèle de trou dans le plan
perpendiculaire à la ligne moyenne de l'axe. Par ailleurs, le tournage de surfaces non rondes est une situation dans
laquelle l’erreur de mouvement dans la direction de l'outil de coupe n'est pas suffisante pour décrire la relation entre
l’erreur de mouvement de l'axe de rotation et ses conséquences sur le profil de la pièce. Les définitions suivantes
indiquent les éléments de base pour les méthodes de mesurage et d'analyse de cette erreur de mouvement en fonction
des applications.
3.3.1
direction sensitive
direction perpendiculaire à la surface de la pièce au point fonctionnel
Note 1 à l’article Voir Figure 3
Note 2 à l’article Bien que pour de nombreuses applications d'usinage et de mesurage il n’y ait qu’une seule direction
sensitive à
...
Questions, Comments and Discussion
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