ISO 230-4:2022
(Main)Test code for machine tools — Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
Test code for machine tools — Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
This document provides methods for the determination of the contouring performance of numerically controlled machine tools. This document specifies methods of testing and evaluating the bi-directional circular error, the mean bi-directional radial error, the circular error and the radial error of circular paths that are produced by the simultaneous movements of two linear axes. This document also specifies methods of testing the deviations of the circular or constant radius trajectories generated by any combination of simultaneously controlled (coordinated) linear and rotary axes. The basic principle of these tests is to coordinate the multiple axes of motion (combination of rotary and linear axes) to keep the relative position between the tool and the workpiece constant. This document describes differences between circular errors and radial errors (Annex A), influences of typical machine errors on circular paths executed with two linear axes (Annex B), precautions for test set-ups for circular tests with rotary axes (Annex C), an example of adjustment of diameter and contouring speed for circular tests (Annex D), and circular tests using feedback signal (Annex E).
Code d'essai des machines-outils — Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à commande numérique
Le présent document fournit des méthodes pour la détermination des performances en contournage des machines-outils à commande numérique. Le présent document spécifie les méthodes d'essai et d'évaluation de l'erreur de circularité bidirectionnelle, de l'erreur radiale moyenne bidirectionnelle, de l'erreur de circularité et de l'erreur radiale des trajectoires circulaires effectuées grâce aux mouvements simultanés de deux axes linéaires. Le présent document spécifie aussi les méthodes de vérification des écarts des trajectoires circulaires ou à rayon constant produits par n'importe quelle combinaison des axes linéaires et des axes de rotation contrôlés (coordonnés) simultanément. Le principe de base de ces essais est de coordonner les axes multiples de mouvement (la combinaison d'axes de rotation et d'axes linéaires) pour conserver la position relative entre l'outil et la pièce constante. Le présent document décrit les différence entre les erreurs de circularité et les erreurs radiales (Annexe A), les influence d’erreurs type de la machine sur les trajectoires circulaires réalisées sur deux axes linéaires (Annexe B), les précautions à prendre lors des montages d’essais pour les essais de circularité avec des axes de rotation (Annexe C), un exemple d’ajustement du diamètre et de la vitesse du suivi de contour pour les essais de circularité (Annexe D), et les essais de circularité utilisant le signal de retour (Annexe E).
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 230-4
Third edition
2022-02
Test code for machine tools —
Part 4:
Circular tests for numerically
controlled machine tools
Code d'essai des machines-outils —
Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à commande
numérique
Reference number
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Test conditions .6
4.1 Test environment . 6
4.2 Machine to be tested . 6
4.3 Machine warm-up . 6
4.4 Test parameters . 6
4.5 Test instrument calibration . 7
4.6 Measurement uncertainty . 7
5 Test procedure .7
6 Presentation of results . 8
7 Points to be agreed between supplier or manufacturer and user . 8
Annex A (informative) Differences between circular errors G and G(b) and radial errors F
and D.12
Annex B (informative) Influences of typical machine errors on circular paths executed
with two linear axes .13
Annex C (informative) Precautions for test set-ups for circular tests with rotary axes .19
Annex D (informative) Adjustment of diameter and contouring speed for circular tests .24
Annex E (informative) Circular tests using feedback signal .25
Bibliography .26
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ISO 230-4:2022(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 of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to
the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2,
Test conditions for metal cutting machine tools.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 230-4:2005), which has been technically
revised.
The main changes are as follows:
— introduction of circular tests with rotary axes;
— application of definitions from ISO 230-1;
— inclusion of precautions when measuring rotary axes in Annex C.
A list of all parts in the ISO 230 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 230-4:2022(E)
Test code for machine tools —
Part 4:
Circular tests for numerically controlled machine tools
1 Scope
This document provides methods for the determination of the contouring performance of numerically
controlled machine tools.
This document specifies methods of testing and evaluating the bi-directional circular error, the mean
bi-directional radial error, the circular error and the radial error of circular paths that are produced by
the simultaneous movements of two linear axes.
This document also specifies methods of testing the deviations of the circular or constant radius
trajectories generated by any combination of simultaneously controlled (coordinated) linear and rotary
axes. The basic principle of these tests is to coordinate the multiple axes of motion (combination of
rotary and linear axes) to keep the relative position between the tool and the workpiece constant.
This document describes differences between circular errors and radial errors (Annex A), influences
of typical machine errors on circular paths executed with two linear axes (Annex B), precautions for
test set-ups for circular tests with rotary axes (Annex C), an example of adjustment of diameter and
contouring speed for circular tests (Annex D), and circular tests using feedback signal (Annex E).
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 230-1:2012, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or quasi-static conditions
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 230-1 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/
3.1
nominal path
numerically controlled and programmed circular path defined by its diameter
(or radius), the position of its centre and its orientation in the working zone of the machine tool and
which may be either a full circle or a partial circle of at least 90°
Note 1 to entry: Linear interpolation (G01) or circular interpolation (G02 or G03) or other types of interpolation
may be used to generate nominal circular path.
1
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ISO 230-4:2022(E)
3.2
actual path
path produced by the machine tool when programmed to move on the nominal path (3.1)
3.3
bi-directional circular error
bi-directional circular deviation
G(b)
minimum radial separation of two concentric circles (minimum zone circles) enveloping two actual
paths (3.2), where one path is carried out by a clockwise contouring motion and the other one by an
anticlockwise (counter-clockwise) contouring motion
Note 1 to entry: See Figure 1, where bi-directional circular error G(b) = 0,015 mm. The indices identify the axes
XY
moved during the circular test (see 3.7).
Key
1 centre of least squares circle of the two actual paths according to Note 2 to entry
2 starting points
3 actual path, clockwise
4 actual path, anticlockwise (counter-clockwise)
5 concentric circles enveloping the actual paths
Figure 1 — Evaluation of bi-directional error G(b) using least squares circle
Note 2 to entry: The bi-directional circular error G(b) can be evaluated as the maximum radial range of deviations
around the least squares circle. The least squares circle is calculated from two paths, i.e. the clockwise and the
anticlockwise (counter-clockwise) paths.
Note 3 to entry: Bi-directional circular error G(b) does not include set-up errors, i.e. centring errors of the
measuring instrument.
Note 4 to entry: Bi-directional circular error G(b) measurement requires the use of test equipment only with
calibrated displacement measurements (no need for calibrated length measurements for path diameter). The
measurements of radial error F (3.5) and mean bi-directional radial error value D (3.6) require test equipment
with both calibrated length and calibrated displacement (see Annex A).
2
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ISO 230-4:2022(E)
Note 5 to entry: A line situated in a plane is said to be circular when all its points are contained between two
concentric circles whose radial separation does not exceed a given value (see Figure 2).
Note 6 to entry: Designation G(b) is for measurements with external measurement equipment only, for example
as described in ISO 230-1:2012, 11.3.4. Results from circular tests using a feedback signal are designated as “bi-
directional circular error using feedback signal G(b) ” (see Annex E).
f
3.4
circular error
circular deviation
G
minimum radial separation of two concentric circles enveloping the actual path (3.2) (minimum zone
circles) of a clockwise or anticlockwise (counter-clockwise) contoured path
Note 1 to entry: See Figure 2, where circular error G = 0,012 mm. The sequence of indices denotes the direction
XY
of contouring (see 3.8).
Key
1 centre of least squares circle of the actual path according to Note 2 to entry
2 starting point
3 concentric circles enveloping the actual path
4 actual path
Figure 2 — Evaluation of circular error G using least squares circle
Note 2 to entry: Note 2 to entry to Note 6 to entry for bi-directional circular error G(b) (3.3) apply for circular
error G. For differences between the circular error G and the radial error F (3.5), see Annex A, Table A.1.
Note 3 to entry: Designation G is for measurements with external measurement equipment, for example as
described in ISO 230-1:2012, 11.3.4, only. Results from circular tests using feedback signal shall be designated
circular error using feedback signal G , see Annex E.
f
3.5
radial error
radial deviation
F
deviation between the actual path (3.2) and the nominal path (3.1), where the centre of the nominal
path is obtained either a) from the centring of the measuring instruments on the machine tool or b)
from the least squares centring analysis for a full circle only
Note 1 to entry: See Figure 3, where radial error F = +0,008 mm and radial error F = −0,006 mm. The
ZX, max ZX, min
sequence of indices denotes the direction of contouring (see 3.8).
3
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ISO 230-4:2022(E)
Key
1 centre of nominal circle
2 starting point
3 nominal path
4 actual path
Figure 3 — Evaluation of radial error F
Note 2 to entry: Positive deviations are measured away from the centre of the circle and negative ones towards
the centre of the circle (see Figure 3). The radial error is given by the maximum value, F , and the minimum
max
value, F .
min
Note 3 to entry: Set-up errors can be included in the radial error F; this is applicable only where the centre of the
nominal path is obtained from the centring of the measuring instrument on the machine tool [option a) of the
definition].
Note 4 to entry: For differences between the radial error F and the circular error G (3.4), see Annex A, Table A.1.
3.6
mean bi-directional radial error
mean bi-directional radial deviation
D
difference between the radius of the least squares circle of two full circle actual paths (3.2), where one
path is carried out by a clockwise contouring motion and the other one by an anticlockwise (counter-
clockwise) contouring motion, and the radius of the nominal path (3.1)
Note 1 to entry: For differences between mean bi-directional radial error D and bi-directional circular error G(b)
(3.3), see Annex A, Table A.1.
3.7
identification of axes
designation of the axes which are moved to produce the actual path (3.2)
4
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ISO 230-4:2022(E)
3.8
sense of contouring for circular tests with linear axes
sequence of indices denoting the direction
of contouring
Note 1 to entry: The order of the indices matches the order in which the circular arc crosses the positive extreme
of each axis. For example, G denotes the anticlockwise (counter-clockwise) circular error (3.4), because an
XY
anticlockwise (counter-clockwise) arc in the XY plane crosses the X+ axis immediately followed by the Y+ axis.
Similarly, G denotes the clockwise circular error (3.4), because a clockwise arc in the XY plane crosses the
YX
Y+ axis immediately followed by the X+ axis. In the case of a bi-directional result, the indices denote the direction
of the first arc.
3.9
contouring interpolation error
contouring interpolation deviation
E
int
range of deviations of the tool centre point trajectory from the fixed point in the workpiece coordinate
system (3.11), when a rotary axis (or axes) is (are) driven, synchronously with interpolated circular
motion with linear axes, such that the tool centre point nominally stays at this fixed point in the
workpiece coordinate system (3.11)
Note 1 to entry: Typical test methods are described in ISO 230-1:2012, 11.3.5. Typical measuring instruments are
described in ISO/TR 230-11:2018, 12.2.1, 12.3.3 and 12.3.4.
Note 2 to entry: If the length-measuring device (ball bar, linear displacement sensor or nest of three linear
displacement sensors) is rotated with a rotary axis, the measurements are taken in the coordinate system
attached to the rotary axis, i.e. in radial, tangential and/or axial direction. This is specified by E ,
int,radial
E and E .
int,tangential int,axial
Note 3 to entry: If the length-measuring device (ball bar, linear displacement sensor or nest of three linear
displacement sensors) is not rotated with a rotary axis, the measurements are taken in X, Y and Z directions of
the machine coordinate system (3.10). This is specified by E , E and E .
int,X int,Y int,Z
Note 4 to entry: The axes moved are specified by giving the nomenclature of the axes. For example, a measurement
with linear axes X and Y and rotary axis C in radial direction is specified by E . A measurement with
int,radial,XYC
three linear axes X, Y, Z and two rotary axes A, C in radial direction corresponds to a spherical test according to
ISO 230-1:2012, 11.5 and is specified by E
int,radial,XYZAC.
Note 5 to entry: Clockwise or anticlockwise (counter-clockwise) movement is defined by the rotary axes if there
is just one rotary axis moved. If two rotary axes are moved, clockwise and anticlockwise (counter-clockwise) are
defined by the axis that moves over a larger range, generally the axis that moves over 360°. Clockwise is specified
by CW, anticlockwise (counter-clockwise) is specified by CCW. For a clockwise measurement with the axes X, Y
and C in radial direction the specification is E .
int,radial,XYC(CW)
Note 6 to entry: Precautions for test set-ups for circular tests with rotary axes are given in Annex C.
3.10
machine coordinate system
MCS
right-hand rectangular system with the three principal axes labelled X, Y and Z, with rotary axes about
each of these axes labelled A, B and C, respectively
Note 1 to entry: The machine coordinate system is prescribed by ISO 841 for many machine tools.
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.2.1, modified — figure deleted and Note 1 to entry added.]
3.11
workpiece coordinate system
WCS
Cartesian coordinates fixed on the workpiece
Note 1 to entry: When a machine tool has the rotary axis (axes) on the workpiece side, the workpiece coordinate
system is rotated with the rotary axis (axes).
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[SOURCE: ISO 2806:1994, 2.7.3, modified — Note 1 to entry added.]
4 Test conditions
4.1 Test environment
Where the temperature of the environment can be controlled, it shall be set at 20 °C or at the specified
reference temperature. If the environment is at a temperature other than 20 °C or other than the
specified reference temperature, nominal differential thermal expansion (NDE) correction between
the measurement system and the measured object (machine tool) shall be made to correct the results
to correspond to 20 °C or to the specified reference temperature (for radial error measurements only).
The machine and, if relevant, the measuring instrument shall have been in the test environment long
enough to have reached a thermally stable condition before testing. They shall be protected from
draughts and external radiation, such as sunlight and overhead heaters.
4.2 Machine to be tested
The machine shall be completely assembled and fully operational. All necessary levelling operations
and functional checks shall be completed before starting the tests.
Unless otherwise agreed between the manufacturer or supplier and the user, the circular tests shall be
carried out with the machine in the unloaded condition, i.e. without a workpiece.
4.3 Machine warm-up
The tests shall be preceded by an appropriate warm-up procedure, as specified by the manufacturer of
the machine and/or agreed between the supplier or manufacturer and the user.
If no other conditions are specified, the preliminary movements shall be restricted to only those
necessary to set up the measuring instrument.
4.4 Test parameters
The parameters of the test are:
a) diameter (or radius) of the nominal path and – for tests with rotary axis (axes) – radial offset(s)
from rotary axis(axes);
b) contouring speed (information on adjustment of diameter and contouring speed for circular tests
to keep the axes’ acceleration constant, see Annex D);
c) sense of contouring for circular tests with linear axes, and with rotary axes clockwise or
anticlockwise (counter-clockwise) according to 3.8 and 3.9;
d) identification of axes, i.e. machine axes moved to produce the actual path;
e) location of the measuring instrument in the machine tool working zone;
f) temperature (environment temperature, measuring instrument temperature, machine
temperature) and expansion coefficient (of machine tool, of measuring instrument) used for
compensation for mean bi-directional radial error D and radial error F measurement only;
g) data acquisition method (data capture range if different from 360°, starting and stop points of the
actual movement, number of measuring points taken for digital data acquisition and information
about filtering, as applicable);
h) any machine compensation routines used during the test cycle;
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i) positions of slides or moving elements on the axes which are not being tested.
4.5 Test instrument calibration
For the checking of the mean bi-directional radial error D and the radial error F, the reference dimension
of the test instrument (e.g. reference length L of the ball bar) shall be known.
B
NOTE For circular tests using a feedback signal, see Annex E.
4.6 Measurement uncertainty
The main contributors to the measurement uncertainty for the bi-directional circular error G(b), the
circular error G and the contouring interpolation error E are:
int
— measurement uncertainty of the test equipment;
— repeatability of measurement;
— influence of temperature on the machine tool and/or the test equipment, checked, for example, by
an environmental temperature variation (ETV) test according to ISO/TR 16015.
The main contributors to the measurement uncertainty for the mean bi-directional radial error D and
the radial error F are:
— contributors for the errors G(b) and G (see first list in 4.6);
— uncertainty of the temperature measurement of the machine tool and the test equipment [caused
by the uncertainty of the temperature sensor(s) and the uncertainty due to the location of the
temperature sensor(s)];
— uncertainty of the thermal expansion coefficients of the machine tool and the test equipment (used
for the compensation to 20 °C or to the specified reference temperature).
5 Test procedure
To determine bi-directional circular error G(b), mean bi-directional radial error D, two actual paths shall
be measured consecutively: one in a clockwise sense of contouring and the other in an anticlockwise
(counter-clockwise) sense of contouring.
To determine circular error G, radial error F and contouring interpolation error E , the measurement
int
shall be once for clockwise contouring and once for anticlockwise (counter-clockwise) contouring.
Clockwise and anticlockwise (counter-clockwise) for contouring interpolation error are defined by
the rotary axis. If two rotary axes are moved, clockwise and anticlockwise (counter-clockwise) for
contouring interpolation error are defined by the rotary axes with the larger range of movement,
generally the rotary axis moving over 360° (see 3.9, Note 5 to entry).
All measured data corresponding to the actual path (including any peaks at reversal points) shall be
used in the evaluation.
For radial error, F, of a partial circle, set-up errors should be minimized.
Typical measuring methods for circular test with two linear axes are rotating one-dimensional linear
displacement sensor, circular master and two-dimensional displacement sensor, telescoping ball bar,
two-dimensional digital scale and two linear displacement sensors and a reference square artefact (as
described in ISO 230-1:2012, 11.3.4). Measuring instruments are described in ISO/TR 230-11:2018,
12.2.1 (telescoping ball bar) and 12.3.1 (two-dimensional digital scale).
Typical measuring methods for circular tests with rotary axis(axes) are linear displacement sensor and
spherical artefact, three linear displacement sensors and spherical artefact (radial test), telescoping
ball bar (as described in ISO 230-1:2012, 11.3.5 and 11.5). Measuring instruments are described in
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ISO 230-4:2022(E)
ISO/TR 230-11:2018, 12.2.1 (telescoping ball bar), 12.3.3 (3D-probe for spheres, contact type), and
12.3.4 (3D-probe head, non-contact type).
For influences of typical machine errors on circular paths executed with two linear axes, see Annex B
and References [7] to [12].
Annex C summarizes precautions for test set-ups for circular tests with rotary axes.
6 Presentation of results
A graphical method of presenting results is recommended with the following test result data specified
numerically:
a) for circular tests with linear axes
1) bi-directional circular error G(b);
2) mean bi-directional radial error D, corrected to 20 °C or to the specified reference temperature;
3) circular errors G, for clockwise and/or anticlockwise (counter-clockwise) contouring;
4) radial errors, F and F , for clockwise and anticlockwise (counter-clockwise) contouring,
max min
corrected to 20 °C or to the specified reference temperature;
b) for circular tests including rotary axes
contouring interpolation error E for clockwise and for anticlockwise (counter-clockwise)
int
movements.
Typical examples of presentation of test results are shown in Table 1, Table 2 and Table 3, which
also apply for contouring interpolation error E (see Figure C.5). When a polar plot is not available
int
for contouring interpolation error, an X-Y plot with the nominal angular position of the rotary axis of
interest is acceptable (see Figure C.6).
NOTE For better clarity, the presentation of results is shown in three tables (Table 1, Table 2 and Table 3) in
this document. In a test report, the three tables can be combined into one table.
The test report shall include the following:
— date of test;
— name of machine tool;
— measuring equipment;
— test parameters (see 4.4).
Magnification scale of the graphical presentation shall be stated.
The test uncertainty shall be stated.
7 Points to be agreed between supplier or manufacturer and user
The points to be agreed between the supplier or manufacturer and the user are as follows:
a) warm-up procedure prior to testing the machine (see 4.3);
b) test parameters (see 4.4);
c) for circular tests with linear axes, which test result data for the bi-directional circular error G(b),
the mean bi-directional radial error D, the circular error G, the radial error F [from 6 a) 1) to 6 a) 4)]
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are required and to be presented; and for circular tests with rotary axis (axes), which contouring
interpolation errors E are required and are to be presented.
int
Table 1 — Example of data presentation for bi-directional circular error G(b) and mean bi-
directional radial error D
Date of test yy/mm/dd Name of machine xyz
Measuring instrument abc Location of measuring instrument
Test parameters centre of circle (X/Y/Z) 250 mm/250 mm/100 mm
diameter of nominal path 40 mm offset to tool reference 0 mm/0 mm/−80 mm
(X/Y/Z)
contouring speed 500 mm/min offset to workpiece 0 mm/0 mm/30 mm
reference (X/Y/Z)
contouring direction —
machine axes under test XY
(X, Y, Z)
Data acquisition method
starting point 0°
stop point 0°
number of measuring 1 500 Key
points (digital only)
1 centre of least squares circle of the two actual paths
data smoothing process none
2 nominal path
Compensation used none
3 least squares circle of two actual paths
Positions of axes not Z = 150 mm
4 actual path, anticlockwise (counter-clockwise)
under test
NOTE
5 actual path, clockwise
bi-directional circular error G(b) = 0,028 mm 6 starting point
XY
mean bi-directional radial error D = −0,001 mm
XY
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NORME ISO
INTERNATIONALE 230-4
Troisième édition
2022-02
Code d'essai des machines-outils —
Partie 4:
Essais de circularité des machines-
outils à commande numérique
Test code for machine tools —
Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
Numéro de référence
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives .1
3 Termes et définitions . 1
4 Conditions d’essai . 6
4.1 Environnement d'essai . 6
4.2 Machine à soumettre à l'essai. 6
4.3 Mise en température de la machine . 6
4.4 Paramètres d'essai . 7
4.5 Étalonnage de l'instrument de mesure . 7
4.6 Incertitude de mesure . 7
5 Mode opératoire d'essai . 8
6 Présentation des résultats . 8
7 Éléments à convenir entre le fournisseur ou fabricant et l'utilisateur .9
Annexe A (informative) Différences entre les erreurs de circularité G et G(b) et les erreurs
radiales F et D .13
Annexe B (informative) Influences des erreurs types de la machine sur les trajectoires
circulaires réalisées sur deux axes linéaires .14
Annexe C (informative) Précautions à prendre lors des montages d’essais pour les essais
de circularité avec des axes rotatifs .20
Annexe D (informative) Ajustement du diamètre et de la vitesse de suivi de contour pour
des essais de circularités .26
Annexe E (informative) Essais de circularité utilisant le signal de retour.27
Bibliographie .28
iii
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ISO 230-4:2022(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 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 nature volontaire des normes, 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 www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 39, Machines-outils, sous-comité SC 2,
Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 230-4:2005), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications sont les suivantes:
— introduction d’essais de circularité avec des axes de rotation;
— application des définitions de l’ISO 230-1;
— inclusion des précautions à prendre lors du mesurage des axes de rotation dans l’Annexe C.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 230 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
iv
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NORME INTERNATIONALE ISO 230-4:2022(F)
Code d'essai des machines-outils —
Partie 4:
Essais de circularité des machines-outils à commande
numérique
1 Domaine d'application
Le présent document fournit des méthodes pour la détermination des performances en contournage
des machines-outils à commande numérique.
Le présent document spécifie les méthodes d'essai et d'évaluation de l'erreur de circularité
bidirectionnelle, de l'erreur radiale moyenne bidirectionnelle, de l'erreur de circularité et de l'erreur
radiale des trajectoires circulaires effectuées grâce aux mouvements simultanés de deux axes linéaires.
Le présent document spécifie aussi les méthodes de vérification des écarts des trajectoires circulaires
ou à rayon constant produits par n'importe quelle combinaison des axes linéaires et des axes de
rotation contrôlés (coordonnés) simultanément. Le principe de base de ces essais est de coordonner les
axes multiples de mouvement (la combinaison d'axes de rotation et d'axes linéaires) pour conserver la
position relative entre l'outil et la pièce constante.
Le présent document décrit les différence entre les erreurs de circularité et les erreurs radiales
(Annexe A), les influence d’erreurs type de la machine sur les trajectoires circulaires réalisées sur
deux axes linéaires (Annexe B), les précautions à prendre lors des montages d’essais pour les essais de
circularité avec des axes de rotation (Annexe C), un exemple d’ajustement du diamètre et de la vitesse
du suivi de contour pour les essais de circularité (Annexe D), et les essais de circularité utilisant le
signal de retour (Annexe E).
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 230-1:2012, Code d'essai des machines-outils — Partie 1: Exactitude géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-statiques
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l’ISO 230-1 ainsi que les suivants
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
1
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ISO 230-4:2022(F)
3.1
trajectoire nominale
trajectoire circulaire programmée de la commande numérique,
définie par son diamètre (ou son rayon), la position de son centre et son orientation dans la zone de
travail de la machine-outil, et qui peut être soit un cercle complet, soit une portion de cercle d'au moins
90°
Note 1 à l'article: Interpolation linéaire (G01) ou interpolation circulaire (G02 ou G03) ou d’autres types
d’interpolation peuvent être utilisé pour générer une trajectoire nominale circulaire.
3.2
trajectoire réelle
trajectoire produite par la machine-outil programmée pour se déplacer sur la trajectoire nominale (3.1)
3.3
erreur de circularité bidirectionnelle
écart de circularité bidirectionnel
G(b)
écart radial minimal de deux cercles concentriques (cercles de la zone minimale), enveloppant deux
trajectoire réelles (3.2), l'une étant réalisée en contournage dans le sens des aiguilles d'une montre et
l'autre en contournage dans le sens inverse des aiguilles d'une montre
Note 1 à l'article: Voir Figure 1, où l'erreur de circularité bidirectionnelle G(b) = 0,015 mm. Les indices
XY
identifient les axes déplacés pendant l'essai circulaire (voir 3.7).
Légende
1 centre du cercle des moindres carrés, appliqué aux deux trajectoires réelles conformément à la Note 2 à l’article
2 points de départ
3 trajectoire réelle, dans le sens des aiguilles d'une montre
4 trajectoire réelle, dans le sens inverse des aiguilles d'une montre
5 cercles concentriques enveloppant les trajectoires réelles
Figure 1 — Évaluation de l’erreur de circularité bidirectionnelle G(b) en utilisant le cercle des
moindres carrés
2
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ISO 230-4:2022(F)
Note 2 à l'article: L'erreur de circularité bidirectionnelle G(b) peut être évaluée comme l'étendue radiale
maximale des écarts autour du cercle des moindres carrés. La méthode des moindres carrés est calculée à partir
de deux trajectoires, c'est-à-dire la trajectoire dans le sens des aiguilles d'une montre et celle dans le sens inverse
des aiguilles d'une montre.
Note 3 à l'article: L'erreur de circularité bidirectionnelle G(b) ne comprend pas les erreurs de réglage, c'est-à-dire
les erreurs de centrage de l'instrument de mesure.
Note 4 à l'article: Le mesurage de l'erreur de circularité bidirectionnelle G(b) requiert l'utilisation d'un équipement
d'essai uniquement dans le cas des mesures d'un déplacement étalonné (aucun mesurage de longueur étalonnée
n'est nécessaire pour déterminer le diamètre de trajectoire). Les mesurages de l'erreur radiale F (3.5) et de la
valeur de l'erreur radiale moyenne bidirectionnelle D (3.6) requièrent un équipement d'essai avec étalonnage de la
longueur et du déplacement (voir l’Annexe A).
Note 5 à l'article: Une ligne située dans un plan est dite circulaire lorsque tous ses points sont contenus entre
deux cercles concentriques dont l'écartement radial ne dépasse pas une valeur donnée (voir Figure 2).
Note 6 à l'article: La désignation G(b) s'applique pour les mesurages effectués avec un instrument de mesure
externe, par exemple tel que décrit dans l’ISO 230-1:2012, 11.3.4, uniquement. Les résultats des essais de
circularité utilisant le signal de retour doivent être désignés par «erreur de circularité bidirectionnel utilisant le
signal de retour G(b) » (voir l’Annexe E).
f
3.4
erreur de circularité
écart de circularité
G
écart radial minimal de deux cercles concentriques enveloppant la trajectoire réelle (3.2) (cercles de la
zone minimale), réalisée en contournage dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse
des aiguilles d'une montre
Note 1 à l'article: Voir Figure 2, où l'erreur de circularité G = 0,012 mm. La séquence d'indices indique la
XY
direction du contournage (voir 3.8).
Légende
1 centre du cercle des moindres carrés, appliqué à la trajectoire réelle conformément à la Note 2 à l’article
2 point de départ
3 cercles concentriques enveloppant la trajectoire réelle
4 trajectoire réelle
Figure 2 — Évaluation de l’erreur de circularité G en utilisant le cercle des moindres carrés
3
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ISO 230-4:2022(F)
Note 2 à l'article: Note 2 à l’article à Note 6 à l’article pour l’erreur de circularité bidirectionnelle G(b) (3.3)
s’appliquent pour l’erreur de circularité G. Pour les différences entre l’erreur de circularité G et l’erreur radiale F
(3.5), voir l’Annexe A, Tableau A.1.
Note 3 à l'article: La désignation G s'applique pour les mesurages effectués avec un instrument de mesure externe,
par exemple tel que décrit dans l'ISO 230-1:2012, 11.3.4. Les résultats des essais de circularité utilisant le signal
de retour doivent être désignés par erreur de circularité utilisant le signal de retour G , voir l’Annexe E.
f
3.5
erreur radiale
écart radial
F
écart entre la trajectoire réelle (3.2) et la trajectoire nominale (3.1), où le centre de la trajectoire nominale
est obtenu soit a) à partir du centrage des instruments de mesure sur la machine-outil, soit b) à partir
de l'analyse par l’analyse des moindres carrés du centrage obtenu uniquement pour un cercle complet
Note 1 à l'article: Voir Figure 3, où l’erreur radiale F = +0,008 mm et l’erreur radiale F = −0,006 mm.
ZX, max ZX, min
La séquence d'indices indique la direction du contournage (voir 3.8).
Légende
1 centre du cercle nominal
2 point de départ
3 trajectoire nominale
4 trajectoire réelle
Figure 3 — Évaluation de l’erreur radiale F
Note 2 à l'article: Les écarts positifs sont mesurés en s'éloignant du centre du cercle et les écarts négatifs en se
rapprochant vers le centre du cercle (voir Figure 3). L'erreur radiale est donnée par la valeur maximale, F , et
max
par la valeur minimale, F .
min
Note 3 à l'article: Les erreurs de réglage peuvent être incluses dans l'erreur radiale F; cela ne s'applique que
lorsque le centre de la trajectoire nominale est obtenu à partir du centrage de l’instrument de mesure sur la
machine-outil [option a) de la définition].
Note 4 à l'article: Pour les différences entre l’erreur radiale F et l’erreur de circularité G (3.4), voir l’Annexe A,
Tableau A.1.
4
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ISO 230-4:2022(F)
3.6
erreur radiale moyenne bidirectionnelle
écart radial moyen bidirectionnel
D
différence entre le rayon du centre des moindres carrés de deux trajectoires circulaires réelles
complètes (3.2), l'une étant réalisée en contournage dans le sens des aiguilles d'une montre et l'autre en
contournage dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et le rayon de la trajectoire nominale (3.1)
Note 1 à l'article: Pour les différences entre l’erreur radiale bidirectionnelle D et l’erreur de circularité
bidirectionnelle G(b)(3.3), voir l’Annexe A, Tableau A.1.
3.7
identification des axes
désignation des axes en mouvement pour effectuer la trajectoire réelle (3.2)
3.8
sens du contournage pour les essais de circularité avec des axes linéaires
désigné par la séquence des indices indiquant le sens du contournage
Note 1 à l'article: L'ordre des indices correspond à l'ordre dans lequel l'arc circulaire croise l'extrémité positive
de chaque axe. Par exemple, G désigne l'erreur de circularité en sens inverse des aiguilles d'une montre (3.4),
XY
parce qu'un arc dans le sens inverse des aiguilles d'une montre dans le plan XY croise l'axe des X+ immédiatement
après l'axe des Y+. De manière similaire, G désigne l’erreur de circularité en sens des aiguilles d'une montre
YX
(3.4), parce qu'un arc dans le plan XY croise l’axe des Y+ immédiatement après l’axe des X+. Dans le cas d'un
résultat bidirectionnel, les indices désignent le sens du premier arc.
3.9
erreur d’interpolation de contournage
écart d’interpolation de contournage
E
int
amplitude des écarts de la trajectoire du centre d’outil à partir du point fixe dans le repère pièce (3.11),
lorsqu’un ou des axes de rotation sont entrainés, de façon synchrone avec un mouvement circulaire
interpolé avec des axes linéaires, de sorte à ce que le centre d’outil reste nominalement à ce point fixe
dans le repère pièce (3.11)
Note 1 à l'article: Les méthodes d'essai types sont décrites dans l’ISO 230-1:2012, 11.3.5. Les instruments de
mesure types sont décrits dans l’ISO/TR 230-11:2018, 12.2.1, 12.3.3, et 12.3.4.
Note 2 à l'article: Si le dispositif de mesurage de longueur (ballbar, capteur de déplacement linéaire ou combiné
de trois capteurs de déplacements linéaires) est tourné avec un axe rotatif, les mesurages sont effectués dans le
système de coordonnées fixé à l’axe rotatif, c'est-à-dire dans une direction radiale, tangentielle et/ou axiale. Cela
est spécifié par E , E , et E .
int,radial int,tangential int,axial
Note 3 à l'article: Si le dispositif de mesurage de longueur (ballbar, capteur de déplacement linéaire ou combiné
de trois capteurs de déplacements linéaires) n’est est pas tourné avec un axe rotatif, les mesurages sont effectués
dans des directions X, Y, et Z du système de coordonnées de la machine (3.10). Cela est spécifié par E , E , et
int,X int,Y
E .
int,Z
Note 4 à l'article: Les axes déplacés sont spécifiés en donnant la nomenclature des axes. Par exemple, un mesurage
avec des axes linéaires X et Y et un axe de rotation C dans une direction radiale est spécifié par E . Un
int,radial,XYC
mesurage avec trois axes linéaires X, Y, Z et deux axes de rotation A, C dans une direction radiale, correspond à un
essai sphérique conformément à l’ISO 230-1:2012, 11.5, et est spécifié par E
int,radial,XYZAC.
Note 5 à l'article: Le mouvement dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d’une
montre est défini par les axes de rotation s’il n’y a qu’un seul axe rotatif déplacé. Si deux axes de rotation sont
déplacés, le sens des aiguilles d'une montre et le sens inverse des aiguilles d’une montre sont définis par l’axe qui
se déplace sur une plus grande amplitude, généralement l’axe qui se déplace sur 360°. Le sens des aiguilles d'une
montre est spécifié par CW, le sens inverse des aiguilles d'une montre est spécifié par CCW. Pour un mesurage
dans le sens des aiguilles d’une montre avec les axes X, Y et C dans une direction radiale la spécification est
E .
int,radial,XYC(CW)
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ISO 230-4:2022(F)
Note 6 à l'article: Les précautions à prendre pour les montages d'essai pour les essais circulaires avec axes
rotatifs sont indiquées à l'Annexe C.
3.10
système de coordonnées de la machine
repère-machine
RM
système orthogonal main droite avec les trois principaux axes appelés X, Y et Z, et des axes de rotation
autour de ces axes marqués A, B et C, respectivement
Note 1 à l'article: Le système de coordonnées de la machine est prescrit par l’ISO 841 pour plusieurs
machines-outils.
[SOURCE: ISO 230-1:2012, 3.2.1, modifié — figure supprimée et Note 1 à l’article ajoutée.]
3.11
repère pièce
RP
système de coordonnées cartésien déterminé sur une pièce
Note 1 à l'article: Lorsqu’une machine-outil a un ou des axes de rotation sur le côté pièce, le repère pièce est
tourné avec le ou les axes de rotation.
[SOURCE: ISO 2806:1994, 2.7.3, modifié — Note 1 à l’article ajoutée.]
4 Conditions d’essai
4.1 Environnement d'essai
Où la température de l’environnement peut être contrôlée, elle doit être réglée à 20 °C ou à une
température de référence spécifiée. Si la température de l’environnement est différente de 20 °C ou de
la température de référence spécifiée, une correction de la dilatation thermique différentielle nominale
(NDE) doit être effectuée entre le système de mesure et l'objet mesuré (machine-outil) pour obtenir des
résultats correspondant à une température de 20 °C ou à celle de la température de référence spécifiée
(pour les mesurages de l’erreur radiale uniquement).
La machine et, si nécessaire, les instruments de mesure, doivent rester dans l'environnement d'essai
suffisamment longtemps pour avoir atteint un état thermiquement stable avant les essais. Ils doivent
être protégés des courants d'air et des rayonnements extérieurs, tels que ceux du soleil et des
réchauffeurs aériens.
4.2 Machine à soumettre à l'essai
La machine doit être complètement assemblée et être en état de marche. Toutes les opérations
nécessaires de nivellement et les contrôles fonctionnels doivent avoir été effectués avant la mise en
route des essais.
Sauf accord contraire entre le fabricant ou fournisseur et l’utilisateur, les essais de circularité doivent
être réalisés avec une machine non chargée, c'est-à-dire sans pièce.
4.3 Mise en température de la machine
Les essais doivent être précédés par une opération de mise en température appropriée, précisée par le
fabricant de la machine et/ou définie par accord entre le fournisseur ou fabricant et l'utilisateur.
Si aucune autre condition n'est spécifiée, les déplacements préalables doivent être limités à ceux
nécessaires au réglage des instruments de mesure.
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4.4 Paramètres d'essai
Les paramètres d'essai sont:
a) le diamètre (ou rayon) de la trajectoire nominale et – pour les essais avec un ou des axes de rotation
– décalage(s) radial (radiaux) par rapport à l’axe ou les axes de rotation;
b) la vitesse de contournage (informations sur le réglage du diamètre et de la vitesse de contournage
pour les essais circulaires afin de maintenir constante l'accélération des axes, voir l’Annexe D);
c) le sens du contournage pour les essais de circularité avec des axes linéaires, et avec des axes de
rotation dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d’une montre
conformément à 3.8 et 3.9;
d) l’identification des axes, c’est-à-dire des axes de la machine déplacés pour effectuer la trajectoire
réelle;
e) la position de l'instrument de mesure dans la zone de travail de la machine-outil;
f) la température (température de l'environnement, de l'instrument de mesure, de la machine)
et le coefficient de dilatation (de la machine-outil, de l'instrument de mesure) utilisé pour la
compensation uniquement pour le mesurage de l'erreur radiale moyenne bidirectionnelle D et de
l'erreur radiale F;
g) la méthode d'acquisition des données (étendue de saisie des données si différente de 360°, points
de départ et d'arrêt du mouvement réel, nombre de points de mesurage choisis pour l'acquisition
des données numériques et informations relatives au filtrage, selon le cas);
h) toutes les routines de compensation de la machine utilisées au cours du cycle d'essai;
i) les positions des chariots ou des éléments en mouvement sur les axes qui ne sont pas soumis à
l'essai.
4.5 Étalonnage de l'instrument de mesure
La dimension de référence de l’instrument d’essai (par exemple, la longueur de référence L de la
B
ballbar) doit être connue afin d’effectuer la vérification de l’erreur radiale moyenne bidirectionnelle D
et l’erreur radiale F.
NOTE Pour les essais de circularité utilisant le signal de retour, voir l’Annexe E.
4.6 Incertitude de mesure
Les principaux éléments contribuant à l’incertitude de mesure pour l’erreur de circularité
bidirectionnelle G(b), l’erreur de circularité G et l’erreur d’interpolation de contournage E sont:
int
— les incertitudes de mesure de l’équipement d’essai;
— la répétabilité du mesurage;
— l’influence de la température sur la machine-outil et/ou de l'équipement d'essai, vérifiée, par exemple
par l'essai de variation de température ambiante (ETV) selon l'ISO/TR 16015.
Les principaux éléments contribuant à l’incertitude de mesure pour l'erreur radiale moyenne
bidirectionnelle D et l'erreur radiale F sont:
— les éléments contribuant pour les erreurs G(b) et G (voir la première liste au 4.6);
— l'incertitude de mesure de la température de la machine-outil et de l'équipement d'essai (causé par
l'incertitude du (des) capteur(s) de température et l'incertitude de l'emplacement du (des) capteurs
de température);
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ISO 230-4:2022(F)
— l'incertitude des coefficients de dilatation thermique de la machine-outil et de l'équipement d'essai
(utilisé pour la compensation à 20 °C ou pour la température de référence spécifiée).
5 Mode opératoire d'essai
Pour déterminer l’erreur de circularité bidirectionnelle G(b), l’erreur radiale moyenne bidirectionnelle
D, deux trajectoire réelles doivent être mesurées consécutivement: l'une en contournage dans le sens
des aiguilles d'une montre et l'autre en contournage dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
Pour déterminer l’erreur de circularité G, l’erreur radiale F et l’erreur d’interpolation de contournage
E , le mesurage doit être une fois pour un contournage dans le sens des aiguilles d’une montre et une
int
fois pour un contournage dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. L’erreur d’interpolation de
contournage dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens inverse des aiguilles d’une montre
est défini par l’axe rotatif. Si deux axes rotatifs sont déplacés, l’erreur d’interpolation de contournage
dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens inverse des aiguilles d’une montre est défini
par les axes de rotation avec une plus grande amplitude de mouvement, généralement l’axe rotatif se
déplaçant sur 360° (voir 3.9, Note 5 à l’article).
Toutes les données mesurées correspondant à la trajectoire réelle (y compris toutes les crêtes aux
points de réversibilité) doivent être utilisées dans l'évaluation.
Il convient de minimiser les erreurs de montage pour l'erreur radiale F d'une portion de cercle.
Les méthodes de mesurage type pour un essai de circularité avec deux axes linéaires sont un capteur
linéaire rotatif unidimensionnel, une pièce de référence circulaire et un capteur de déplacement
bidimensionnel, une ballbar télescopique, une échelle numérique bidimensionnelle et deux capteurs de
déplacement linéaire et une pièce de référence perpendiculaire (tel que décrit dans l’ISO 230-1:2012,
11.3.4). Les instruments de mesure sont décrits dans l’ISO/TR 230-11:2018, 12.2.1 (ba
...
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