ISO 13041-1:2020
(Main)Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres — Part 1: Geometric tests for machines with horizontal workholding spindle(s)
Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres — Part 1: Geometric tests for machines with horizontal workholding spindle(s)
This document specifies, with reference to ISO 230-1, the geometric tests on normal accuracy numerically controlled (NC) turning machines and turning centres with horizontal work spindles as defined in 3.1 and 3.2. It also specifies the applicable tolerances corresponding to the above-mentioned tests. Where applicable, this document also applies to horizontal spindle turret and single spindle automatic lathes. This document explains different concepts or configurations and common features of NC turning machines and turning centres. It also provides a terminology and designation of controlled axes. This document deals only with the verification of the accuracy of the machine. It does not apply to the operational testing of the machine (e.g. vibration, abnormal noise, stick slip motion of components) nor to machine characteristics (e.g. speeds, feeds) as such are checks generally carried out before testing the accuracy.
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de tournage — Partie 1: Essais géométriques pour les machines à broche horizontale
Le présent document spécifie, en faisant référence à l'ISO 230‑1, les essais géométriques relatifs aux tours à commande numérique et aux centres de tournage d'exactitude normale à broches horizontales comme défini en 3.1 et en 3.2. Le présent document spécifie les tolérances applicables correspondant aux essais mentionnés ci-dessus. Le cas échéant, la présente norme s'applique également aux tours à tourelle à broche horizontale et aux tours automatiques monobroche. Le présent document précise différents concepts ou configurations ainsi que les caractéristiques communes des tours à commande numérique et des centres de tournage. Elle fournit également une terminologie et une désignation des axes commandés. Le présent document traite uniquement de la vérification de l'exactitude de la machine. Elle ne traite ni de l'examen du fonctionnement de la machine (par exemple vibrations, bruit anormal, broutage dans les déplacements d'organes) ni de celui des caractéristiques de cette dernière (par exemple vitesses, avances), dans la mesure où ces examens précèdent généralement celui de l'exactitude.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13041-1
Second edition
2020-03
Test conditions for numerically
controlled turning machines and
turning centres —
Part 1:
Geometric tests for machines with
horizontal workholding spindle(s)
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de
tournage —
Partie 1: Essais géométriques pour les machines à broche horizontale
Reference number
ISO 13041-1:2020(E)
©
ISO 2020
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ISO 13041-1:2020(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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Published in Switzerland
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ISO 13041-1:2020(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Preliminary remarks . 2
4.1 Measuring units . 2
4.2 Reference to ISO 230 . 2
4.3 Machine levelling . 2
4.4 Testing sequence . 2
4.5 Tests to be performed . 2
4.6 Measuring instruments . 3
4.7 Diagrams . 3
4.8 Linear motions . 3
4.9 Tool turret and tool spindle(s) . 3
4.10 Machine classifications . 3
4.11 Software compensation . 9
4.12 Tolerances .10
4.13 Axes not under test .10
5 Geometric tests .11
5.1 Workholding spindle.11
5.2 Straightness of axes of motion .13
5.3 Relation between linear motions and/or workholding spindle(s) .16
5.4 Angular error of linear axes of motion .23
5.5 Tailstock .26
5.6 Tool turret and tool spindle .30
5.7 Rotary workholding spindle head or tool turret head .39
Annex A (informative) Error motions of the axis of rotation of workholding and tool spindles .41
Annex B (informative) Terms in non-ISO languages .46
Bibliography .47
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ISO 13041-1:2020(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.
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.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13041-1:2004), which has been technically
revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— in 5.2, straightness measurements in all axes of motions have been added (tests G3, G4 and G5);
— in 5.3, squareness errors between axes of motion have been added (tests G7, G8 and G9);
— a test for error motion of axis of rotation of workholding and tool spindles has been added in Annex A;
— terms in non-ISO languages have been added in Annex B.
In addition to text written in the official ISO languages (English, French or Russian), this document
gives text in German, Italian, Japanese and Persian. This text is published under the responsibility of
the member body/National Committee for Germany (DIN), Italy (UNI), Japan (JISC) and Iran (ISRI) and
is given for information only. Only the text given in the official languages can be considered as ISO text.
A list of all parts in the ISO 13041 series can be found on the ISO website.
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ISO 13041-1:2020(E)
Introduction
The objective of the ISO 13041 series is to provide information as wide and comprehensive as possible
on geometric, positional, contouring, thermal and machining tests which can be carried out for
comparison, acceptance, maintenance or any other purpose.
The ISO 13041 series specifies, with reference to the ISO 230-1 and ISO 230-7, tests for turning centres
and numerically controlled turning machines with/without tailstocks standing alone or integrated
in flexible manufacturing systems. The ISO 13041 series also establishes the tolerances or maximum
acceptable values for the test results corresponding to general-purpose and normal-accuracy turning
centres and numerically controlled turning machines.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13041-1:2020(E)
Test conditions for numerically controlled turning
machines and turning centres —
Part 1:
Geometric tests for machines with horizontal workholding
spindle(s)
1 Scope
This document specifies, with reference to ISO 230-1, the geometric tests on normal accuracy numerically
controlled (NC) turning machines and turning centres with horizontal work spindles as defined in 3.1
and 3.2. It also specifies the applicable tolerances corresponding to the above-mentioned tests.
Where applicable, this document also applies to horizontal spindle turret and single spindle
automatic lathes.
This document explains different concepts or configurations and common features of NC turning
machines and turning centres. It also provides a terminology and designation of controlled axes.
This document deals only with the verification of the accuracy of the machine. It does not apply to the
operational testing of the machine (e.g. vibration, abnormal noise, stick slip motion of components) nor
to machine characteristics (e.g. speeds, feeds) as such are checks generally carried out before testing
the accuracy.
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
updated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 230-1:2012, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or quasi-static conditions
ISO 230-7:2015, Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
numerically controlled turning machine
NC turning machine
turning machine that operates under numerical control or computerized numerical control
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ISO 13041-1:2020(E)
3.2
turning centre
NC turning machine (3.1) equipped with power-driven tool(s) and the capacity to orientate the
workholding spindle around its axis
Note 1 to entry: This machine may include additional features such as automatic tool changing from a magazine
3.3
tool turret
multiple tool-holding system capable of positioning the cutting tool to execute machining operation
4 Preliminary remarks
4.1 Measuring units
In this document, all linear dimensions, deviations and corresponding tolerances are expressed
in millimetres; angular dimensions are expressed in degrees, and angular deviations and the
corresponding tolerances are expressed in ratios but in some cases microradians or arcseconds may
be used for clarification purposes. Formula (1) should be used for the conversion of the units of angular
deviations or tolerances.
0,010 / 1 000 = 10 μrad ≈ 2“ (1)
4.2 Reference to ISO 230
To apply this document, reference shall be made to ISO 230-1:2012, ISO 230-7:2015, when required,
especially for the installation of the machine before testing, warming up of the spindle and other moving
components, description of measuring methods and recommended accuracy of testing equipment.
Where the test concerned is in compliance with the specifications of ISO 230-1 and/or ISO 230-7,
a reference to the corresponding clause of ISO 230-1, respectively ISO 230-7, is shown before the
instructions in the “Observations” block of the tests described below. Tolerances are given for each test
(see G1 to G30).
4.3 Machine levelling
Prior to conducting tests on a machine tool, the machine tool should be levelled according to the
recommendations of the supplier/manufacturer (see ISO 230-1:2012, 6.1.1 and 6.1.2).
4.4 Testing sequence
The sequence in which the tests are presented in this document in no way defines the practical order
of testing. In order to make the mounting of instruments or gauging easier, tests may be performed in
any order.
4.5 Tests to be performed
When testing a machine, it is not always necessary or possible to carry out all the tests described in
this document. When the tests are required for acceptance purposes, it is up to the user to choose,
in agreement with the supplier/manufacturer, the relevant tests relating to the components and/or
the properties of the machine. These tests are to be clearly stated when ordering a machine. A simple
reference to this document for the acceptance tests, without specifying the tests to be carried out, and
without agreement on the relevant expenses, cannot be considered as binding for any contracting party.
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ISO 13041-1:2020(E)
4.6 Measuring instruments
Measuring instruments indicated in the tests described below are only examples. Other instruments
capable of measuring the same quantities and having the same, or a smaller, measurement uncertainty
may be used.
When a dial gauge is referred to, it can mean not only dial test indicators (DTI) but any type of linear
displacement sensor such as analogue or digital dial gauges, linear variable differential transformer
(LVDTs), linear scale displacement gauges, or non-contact sensors, when applicable to the test
concerned.
Similarly, when a straightedge is referred to, it can mean any type of straightness reference metrological
standard, such as a laser beam, special optics, a granite or ceramic or steel or cast iron straightedge,
one arm of a square, one generating line on a cylindrical square, any straight path on a reference cube,
or a special, dedicated artefact manufactured to fit in the T-slots or other references.
In the same way, when a square is mentioned, it can be any type of squareness reference artefact, such
as a granite or ceramic or steel or cast-iron square, a cylindrical square, a reference cube, or a special
dedicated artefact.
Valuable information for measuring instruments are available in ISO/TR 230-11.
4.7 Diagrams
In this document, for reasons of simplicity, the diagrams associated with geometric tests illustrate only
one type of machine.
4.8 Linear motions
For simplicity, all the machine examples shown in the Figures and Tables use the axis designation of a
letter and a number (e.g. X1, X2) as defined in ISO 841:2001, 6.1. In all examples, the use of the letters U,
V, or W can be substituted.
4.9 Tool turret and tool spindle(s)
As defined in 3.2, turning centres have not only stationary tools but also power-driven rotary tools,
which means that the turret should also have power drive mechanisms. When the number of tools
expected to be used exceeds the capacity of the turret, an automatic change of tools in the turret, or a
change of turret, may be provided.
Figure 3 shows typical types of tool turrets and tool spindles.
4.10 Machine classifications
The machine tools considered in this document are divided into two basic configurations (see Table 1,
Figure 1 and Figure 2):
— Type A: Machine tools with tailstock;
— Type B: Machine tools without tailstock.
Type A-Machine tools can be generally classified into two further groups:
— Group A-1: With one turret;
— Group A-2: With two turrets.
NOTE There are machines with multiple turrets. Test described in this document apply to all turrets.
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ISO 13041-1:2020(E)
Type B-Machine tools can be generally classified into four further groups:
— Group B-1: With one workhead (headstock);
— Group B-2: With two co-axial interfacing heads;
— Group B-3: With a co-axial rotating head;
— Group B-4: With two parallel heads.
Table 1 — Examples of turning centre configurations
Type A – With tailstock
Group A-1: With one tool turret Group A-2: With two tool turrets
Tool turret type: Tool turret type:
With tool turret type a): NOTE The two tool turrets can be different.
With two tool turrets type b):
With tool turret type b): With tool turret type b) and tools turret type f):
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ISO 13041-1:2020(E)
Table 1 (continued)
Type B – Without tailstock
Group B-1: With one workholdling spindle head
With tool turret type a): With tool turret type d):
With tool turret type b): With B’-axis rotary head:
Group B-2: With two co-axial workholding spindle heads
Any tool turret type: Both heads can be aligned:
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ISO 13041-1:2020(E)
Table 1 (continued)
Group B-3: With two co-axial rotating workholding Group B-4: With two parallel workholding
spindle heads spindle heads
Workhead at machining position:
Axes of motion may be by the work heads.
Y-axis motion can be optional.
Symbols used:
Workhead Tailstock
Tool turret types a) to g), see also Figure 3.
a) b) c) d) e) f) g)
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ISO 13041-1:2020(E)
Key
English French
1 bed banc
2 main workholding spindle, C´-axis broche porte-pièce, axe C´
3 tail stock, W-axis contre-poupée, axe W
4 carriage 1, Z-axis chariot 1, axe Z
5 tool turret slide 1, X-axis chariot de tourelle 1, axe X
6 slide, P-axis chariot, axe P
7 carriage 2, Z2-axis chariot 2, axe Z2
8 tool turret slide 2, X2-axis chariot de tourelle 2, axe X2
9 tool turret head 1 and 2 poupée porte-tourelle 1 et 2
10 indexing turret 1 and 2 tourelle à indexage 1 et 2
NOTE 1 P-axis in item 6 and X-axis in item 5 together generate the Y-axis movement.
NOTE 2 For languages other than official ISO languages, see Table B.1.
Figure 1 — Example of a horizontal spindle turning centre with two tool turrets and tail stock
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ISO 13041-1:2020(E)
Key
English French
1 bed banc
2 main workholding spindle, C’-axis broche porte-pièce principal, axe C´
3 sub workholding spindle, C´2-axis sous-broche porte-pièce, axe C´2
4 carriage, Z-axis chariot, axe Z
5 column, Y-axis colonne, axe Y
6 carriage, X-axis chariot, axe X
7 rotational B-axis chariot, axe Y
8 tool spindle head tête de la broche porte-outil
NOTE For languages other than official ISO languages, see Table B.2.
Figure 2 — Example of a horizontal spindle turning centre with double workholding spindles,
tool spindle and B-axis
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ISO 13041-1:2020(E)
a) b) c) d)
e) f) g)
Figure 3 — Examples of tool turret and tool spindle configurations
Figure 3 shows the following types:
a) horizontal turret: Turret rotation axis is in the Y-direction. This turret type can have either
stationary or power-driven tools or a combination of both;
b) wheel type turret for radial tools: Turret rotation axis is in the X- or Z-direction. This turret type
can have stationary tools only, power-driven tools only or both stationary and power-driven tools;
c) wheel type turret for axial tools: The tools are set axially to the axis of rotation of the turret.
Combinations of b) and c) are possible;
d) linear turret;
e) oblique turret: The tools can be used in the X- or Z-direction only;
f) single tool spindle with single tool head: By swivelling the head the tool spindle can be in both X-
and Z-axis direction. A tool changer and a tool magazine are needed;
g) oblique dual spindle tool head: One spindle is provided for stationary tools and the second for
power-driven tools.
4.11 Software compensation
When built-in software facilities are available for compensating geometric, positioning, contouring and
thermal deviations, their use during these tests should be based on an agreement between the user and
the supplier/manufacturer. When the software compensation is used, axes shall not be locked for test
purposes.
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ISO 13041-1:2020(E)
4.12 Tolerances
When the tolerance for a geometric test is established for a measuring length different from that given
in this document (see ISO 230-1:2012, Clause 4), it shall be taken into consideration that the minimum
value of tolerance is 0,005 mm.
In principles, angular tolerances are given as a distance over 1 000 mm. The angle converted for a
typical measuring length is presented in parentheses; for example: 0,060/1 000 (0,015/250).
4.13 Axes not under test
During the execution of some geometric tests on one axis of motion, the position of the other axes, not
under test, may affect the results. Therefore, the position of these axes as well as offsets on the tool side
and on the workpiece side are to be stated in the test report.
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ISO 13041-1:2020(E)
5 Geometric tests
5.1 Workholding spindle
Object
G1
Checking the workholding spindle nose:
a) run-out of centring diameter;
b) axial error motion of the spindle;
c) run-out of the spindle face.
Diagram
Tolerance Measured error
D ≤ 250 250 < D ≤ 500 500 < D ≤ 1 000
a)
a) 0,005 0,008 0,012
b)
b) 0,005 0,005 0,005
c)
c) 0,008 0,010 0,015
where D is the diameter permitted over bed.
Measuring instruments
Dial gauge,
Only valid for b): Mechanical device to hold the test sphere
Observations and references
a) ISO 230-1:2012, 3.9.7: When the surface is conical, the stylus of the dial gauge shall be normal to the contacting surface.
b) ISO 230-1:2012, 3.5.5.
c) ISO 230-1:2012, 12.5.2: Measurements shall be taken on the maximum measurable diameter.
Measurements shall be performed on all work spindles.
Spindle shall be operated by NC control.
NOTE For measurement of spindle error motion, see Annex A, Test AR1.
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ISO 13041-1:2020(E)
Object
G2
Checking the run-out of the work spindle bore:
a) by direct contact:
1) on the front seating cone;
2) on the back register; or
b) using a test mandrel:
1) at the spindle nose;
2) at a distance of 250 mm from the spindle nose.
Diagram
a) b)
Tolerance Measured error
a) 1) and 2) 0,008 a 1)
b) For measuring length of 250 mm or full stroke up to 250 mm 2)
D ≤ 250 250 < D ≤ 500 500 < D ≤ 1 000
b 1)
1) 0,010 0,015 0,020
2)
2) 0,015 0,020 0,025
where D is diameter permitted over bed.
Measuring instruments
Dial gauge and test mandrel
Observations and references to ISO 230-1:2012, 3.9.7 and 12.5.3
Measurements should be taken in the ZX and YZ planes. Rotate spindle slowly at least two revolutions at each measuring
location when measuring spindle run-out.
The measurements shall be repeated at least four times, the mandrel being rotated through 90° in relation to the spindle.
The run-out to be recorded is the average of the readings.
Steps should be taken to minimize the effect of the tangential drag upon the stylus of the measuring instrument.
Measurements shall be performed on all work holding spindles.
Spindle shall be operated by NC control.
NOTE For measurement of spindle tilt error motion, see Annex A, Test AR1.
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ISO 13041-1:2020(E)
5.2 Straightness of axes of motion
Object
G3
Checking the straightness of the Z-axis motion:
a) in the ZX plane (E );
XZ
b) in the YZ plane (E ).
YZ
Diagram
a) b)
Tolerance Measured error
Z ≤ 500 0,010 For Z =…….
500 < Z ≤ 1 000 0,015 a)
1 000 < Z ≤ 2 000 0,025 b)
2 000 < Z ≤ 5 000 0,050
5 000 < Z ≤ 10 000 0,080
Local tolerance 0,007 for a measuring length of 300.
Measuring instruments
Test mandrel and dial gauge or optical instruments
Observations and references to ISO 230-1:2012, 8.2.2.4
The spindle shall be locked, if possible, when the spindle is used for attaching the mandrel.
Measurements should be taken at several positions of the Z-axis motion.
Set-up may be used for G6.
© ISO 2020 – All rights reserved 13
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ISO 13041-1:2020(E)
Object
G4
Checking the straightness of the X-axis motion:
a) in the ZX plane (E );
ZX
b) in the XY plane (E ).
YX
Diagram
Tolerance Measured error
X ≤ 500 0,010 For X =…….
500 < X ≤ 1 000 0,015 a)
Tolerances for axes above 1 000 are to be defined by manufacturer/supplier and user.
b)
Local tolerance 0,007 for a measuring length of 300.
Measuring instruments
Straightedge and dial gauge or optical instruments
Observations and references to ISO 230-1:2012, 8.2.2.4, 12.1.3.2, 12.1.3.3 and 12.1.3.4
The spindle shall be locked if the spindle is used for attaching the straightedge.
Adjust face of the straightedge parallel to the X-axis motion.
Measured surface of the straightedge should be at the height of spindle centreline.
Measurements should be taken at several positions of the X-axis motion.
Offset of indicator from face of toolholder should be noted with the test results.
Set-up may be used for G10.
14 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO 13041-1:2020(E)
Object
G5
Checking the straightness of the Y-axis motion:
a) in the YZ plane (E );
ZY
b) in the XY plane (E ).
XY
Diagram
Tolerance Measured error
Y ≤ 500 0,010 For Y =…….
500 < Y ≤ 1 000 0,015 a)
Tolerances for axes above 1 000 are to be defined by manufacturer/supplier and user.
b)
Local tolerance 0,007 for a measuring length of 300.
Measuring instruments
Straightedge and dial gauge or optical instruments
Observations and references to ISO 230-1:2012, 8.2.2.4, 12.1.3.2, 12.1.3.3 and 12.1.3.4
The spindle shall be locked if the spindle is used for attaching straightedge.
Adjust face of the straightedge parallel to the Y-axis motion.
Measured surface of the straightedge should be at the height of spindle centreline.
Measurements should be taken at several positions along the Y-axis motion.
Set-up may be used for G11.
© ISO 2020 – All rights reserved 15
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ISO 13041-1:2020(E)
5.3 Relati
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13041-1
Deuxième édition
2020-03
Conditions d'essai des tours à
commande numérique et des centres
de tournage —
Partie 1:
Essais géométriques pour les
machines à broche horizontale
Test conditions for numerically controlled turning machines and
turning centres —
Part 1: Geometric tests for machines with horizontal workholding
spindle(s)
Numéro de référence
ISO 13041-1:2020(F)
©
ISO 2020
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ISO 13041-1:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO 13041-1:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Remarques préliminaires . 2
4.1 Unités de mesure . 2
4.2 Référence à l'ISO 230 . 2
4.3 Mise à niveau de la machine . 2
4.4 Ordre des essais . 2
4.5 Essais à réaliser . 3
4.6 Instruments de mesure . 3
4.7 Schémas . 3
4.8 Mouvements linéaires . 3
4.9 Tourelle porte-outil et broche(s) porte-outil . 3
4.10 Classifications des machines . 3
4.11 Compensation par logiciel.11
4.12 Tolérances .12
4.13 Axes non soumis à essai .12
5 Essais géométriques .13
5.1 Broche porte-pièce .13
5.2 Rectitude des axes en mouvement .15
5.3 Relation entre les déplacements linéaires et/ou la (les) broche(s) porte-pièce(s) .18
5.4 Erreurs angulaires du déplacement linéaire sur les axes .25
5.5 Contre-poupée .28
5.6 Tourelle porte-outil et broche porte-outil .32
5.7 Porte-pièce ou tourelle rotative .41
Annexe A (informative) Erreurs de mouvement de l'axe de rotation des broches porte-
pièces et porte-outils .43
Annexe B (informative) Termes et définitions dans des langues non ISO .48
Bibliographie .50
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ISO 13041-1:2020(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.
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.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13041-1:2004), qui a fait l'objet
d'une révision technique.
Les principaux changements comparés à la précédente édition sont les suivants:
— dans le paragraphe 5.2, les mesurages de la rectitude sur tous les axes de mouvement ont été ajoutés
(essais G3, G4 et G5);
— dans le paragraphe 5.3, les erreurs de perpendicularité entre les axes de mouvement ont été ajoutées
(essais G7, G8 et G9);
— un essai pour l’erreur de mouvement de l’axe de rotation du porte-pièce et de la broche porte-outil
a été ajouté à l’Annexe A;
— des termes dans des langues autres que celles de l'ISO ont été ajoutés à l'Annexe B.
En complément du texte écrit dans les langues officielles de l'ISO (anglais, français ou russe), le présent
document donne du texte en allemand, italien japonais et perse. Ce texte est publié sous la responsabilité
des Comités Membres/comités nationaux pour l'Allemagne (DIN), l'Italie (UNI), le Japon (JISC) et l'Iran
(ISRI) et est donné uniquement à titre informatif. Seuls le texte donné dans les langues officielles peut
être considéré comme un texte ISO.
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ISO 13041-1:2020(F)
Une liste de toutes les parties de la série ISO 13041 se trouve sur le site Web de l’ISO.
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ISO 13041-1:2020(F)
Introduction
L'objectif de la série ISO 13041 est de fournir des informations aussi larges et complètes que possible
sur les essais géométriques de positionnement, de contournage, thermiques et d'usinage qui peuvent
être réalisés à des fins de comparaison, de réception, de maintenance ou à toute autre fin.
La série ISO 13041 spécifie, en faisant référence à l'ISO 230-1 et à l'ISO 230-7, les essais relatifs aux
centres de tournage et aux tours à commande numérique avec/sans contre-poupées indépendantes ou
intégrées dans des systèmes flexibles d'usinage. L'ISO 13041 (toutes les parties) établit également les
tolérances ou les valeurs acceptables maximales pour les résultats d'essai correspondant aux centres
de tournage et aux tours à commande numérique d'usage général et d’exactitude normale.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13041-1:2020(F)
Conditions d'essai des tours à commande numérique et
des centres de tournage —
Partie 1:
Essais géométriques pour les machines à broche
horizontale
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie, en faisant référence à l'ISO 230-1, les essais géométriques relatifs aux
tours à commande numérique et aux centres de tournage d’exactitude normale à broches horizontales
comme défini en 3.1 et en 3.2. Le présent document spécifie les tolérances applicables correspondant
aux essais mentionnés ci-dessus.
Le cas échéant, la présente norme s'applique également aux tours à tourelle à broche horizontale et aux
tours automatiques monobroche.
Le présent document précise différents concepts ou configurations ainsi que les caractéristiques
communes des tours à commande numérique et des centres de tournage. Elle fournit également une
terminologie et une désignation des axes commandés.
Le présent document traite uniquement de la vérification de l’exactitude de la machine. Elle ne traite ni
de l'examen du fonctionnement de la machine (par exemple vibrations, bruit anormal, broutage dans
les déplacements d'organes) ni de celui des caractéristiques de cette dernière (par exemple vitesses,
avances), dans la mesure où ces examens précèdent généralement celui de l’exactitude.
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
ISO 230-7:2015, Code d'essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
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ISO 13041-1:2020(F)
3.1
tour à commande numérique
tour CN
machine de tournage actionnée par une commande numérique ou une commande numérique par
calculateur
3.2
centre de tournage
tour à commande numérique (3.1) équipé d'un (d')outil(s) mécanisé(s) et capable(s) d'orienter la broche
porte-pièce autour de son axe
Note 1 à l'article: Cette machine peut comprendre des caractéristiques complémentaires telles que le changement
automatique d'un outil à partir d'un magasin.
3.3
tourelle porte-outil
système porte-outil multiple capable de positionner l'outil de coupe afin d'exécuter l'usinage
4 Remarques préliminaires
4.1 Unités de mesure
Dans le présent document, toutes les dimensions linéaires, tous les écarts et toutes les tolérances
correspondantes sont exprimés en millimètres; les dimensions angulaires sont exprimées en degrés,
et les écarts angulaires ainsi que les tolérances correspondantes sont exprimés sous forme de rapports
mais, dans certains cas, les microradians ou les secondes d'arc peuvent être utilisés pour des besoins de
clarification. Il convient d’utiliser la Formule (1) pour la conversion des unités des écarts angulaires ou
des tolérances.
0,010 / 1 000 = 10 μrad ≈ 2“ (1)
4.2 Référence à l'ISO 230
Pour l'application du présent document, la référence à l'ISO 230-1:2012, et à l’ISO 230-7:2015 doit être
faite, notamment en ce qui concerne l'installation de la machine avant essais, la mise en température de
la broche et autres organes mobiles, la description des méthodes de mesure et l’exactitude recommandée
pour les appareils de contrôle.
Dans la case «Observations» des essais décrits dans les sections suivantes, les instructions sont
précédées d'une référence à l'article correspondant respectivement à l'ISO 230-1, l’ISO 230-7 dans le cas
où l'essai concerné est conforme aux spécifications de l’ISO 230-1 et/ou de l’ISO 230-7. Les tolérances
sont données pour chaque essai (voir G1 à G30).
4.3 Mise à niveau de la machine
Avant de réaliser les essais sur une machine, il convient de mettre à niveau la machine conformément
aux recommandations du fournisseur/ fabricant (voir l'ISO 230-1:2012, paragraphes 6.1.1 et 6.1.2).
4.4 Ordre des essais
L'ordre dans lequel les essais sont présentés dans le présent document ne définit nullement l'ordre
pratique des essais. Pour faciliter le montage des instruments ou le contrôle, les essais peuvent être
réalisés dans n’importe quel ordre.
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4.5 Essais à réaliser
Lors de l’essai d’une machine, il n’est pas toujours nécessaire ni possible d’effectuer la totalité des essais
décrits dans le présent document. Lorsque les essais sont requis à des fins de réception, il revient à
l'utilisateur de choisir, en accord avec le fournisseur/fabricant, les essais relatifs aux composants et/
ou aux propriétés de la machine qui l'intéressent. Ces essais doivent être clairement précisés lors de
la commande d’une machine. Une simple référence au présent document pour les essais de réception
sans spécification des essais à effectuer et sans accord sur les dépenses correspondantes ne peut être
considérée comme un engagement pour aucun des contractants.
4.6 Instruments de mesure
Les instruments de mesure indiqués dans les essais décrits dans les sections suivantes sont des
exemples uniquement. D'autres instruments capables de mesurer les mêmes quantités et possédant
une incertitude de mesurage identique ou inférieure peuvent être utilisés.
Quand un comparateur est référencé, cela peut signifier qu'il ne s'agit pas seulement d'indicateurs d'essai
(DTI), mais de tout type de capteur de déplacement linéaire comme des comparateurs analogiques ou
numériques, des transformateurs différentiels linéaires variables (LVDT), des capteurs de déplacement
à échelle linéaire, ou des capteurs sans contact lorsqu'ils sont applicables à l'essai concerné.
De même, quand une règle est référencée, cela peut signifier n'importe quel type d'étalon métrologique
de référence de rectitude, tels qu'un faisceau laser, un dispositif optique spécial, une règle en granit, en
céramique, en acier ou en fonte, le côté d'une équerre, une génératrice d'un cylindre, tout segment droit
sur un cube de référence, ou un gabarit spécial dédié fabriqué pour s'adapter dans les rainures en T ou
d'autres références.
De même, quand une équerre est mentionnée, il peut s'agir de tout type d'artefact de référence
d'équerrage, tel qu'une équerre en granit ou céramique ou acier ou fonte, une équerre cylindrique, un
cube de référence, ou un artefact spécial dédié.
Des informations utiles sur les instruments de mesure sont disponibles dans l'ISO/TR 230-11.
4.7 Schémas
Dans le présent document, pour des raisons de simplicité, les schémas associés aux essais géométriques
illustrent seulement un type de machine.
4.8 Mouvements linéaires
Par souci de simplicité, tous les exemples de machines présentés dans les Figures et Tableaux utilisent
la désignation d'axe d'une lettre et d'un chiffre (par exemple X1, X2) comme défini dans ISO 841:2001,
6.1. Dans tous les exemples, l'utilisation des lettres U, V ou W peut être substituée.
4.9 Tourelle porte-outil et broche(s) porte-outil
Comme défini au paragraphe 3.2, les centres de tournage disposent non seulement d'outils fixes, mais
aussi d'outils rotatifs entraînés, ce qui signifie qu’il convient que la tourelle soit également équipée de
mécanismes d'entraînement. Lorsque le nombre d'outils à utiliser dépasse la capacité de la tourelle, un
changement automatique des outils dans la tourelle ou un changement de tourelle peut être prévu.
La Figure 3 montre les types typiques de tourelles porte-outils et de broches porte-outils.
4.10 Classifications des machines
Les machines considérées dans le présent document sont divisées en deux configurations de base (voir
Tableau 1, Figure 1 et Figure 2):
— Type A: Machines avec contre-poupée;
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— Type B: Machines sans contre-poupée.
Les machines de type A peuvent généralement être classées selon les deux groupes suivants:
— Groupe A-1 Avec une tourelle;
— Groupe A-2 Avec deux tourelles.
NOTE Il existe des machines à tourelles multiples. L'essai décrit dans le présent document s'applique à toutes
les tourelles.
Les machines de type B peuvent généralement être classées selon les quatre groupes suivants:
— Groupe B-1 Avec un porte-pièce (poupée);
— Groupe B-2 Avec deux porte-pièces d'interfaçage coaxiaux;
— Groupe B-3 Avec deux porte-pièces tournants coaxiaux;
— Groupe B-4 Avec deux porte-pièces parallèles.
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Tableau 1 — Exemples de configurations d’un centre de tournage
Type A — Avec contre-poupée
Groupe A-1: Avec une tourelle Groupe A-2: Avec deux tourelles
Type de tourelle: Type de tourelle:
Avec tourelle de type a): NOTE Les deux tourelles peuvent être différentes.
Avec deux tourelles de type b)
Avec tourelle de type b): Avec tourelles de types b) et f):
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Tableau 1 (suite)
Type B – Sans contre-poupée
Groupe B-1: Avec un porte-pièce
Avec tourelle de type a) Avec tourelle de type d)
Avec tourelle de type b) Avec axe de rotation B' de la tête
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Tableau 1 (suite)
Groupe B-2: Avec deux porte-pièces d'interfaçage coaxiaux
Tout type de tourelle: Les porte-pièces peuvent être alignés:
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Tableau 1 (suite)
Groupe B-3: Avec deux porte-pièces tournants Groupe B-4: Avec deux porte-pièces parallèles
coaxiaux
Porte-pièce en position d'usinage
Les mouvements d'axes peuvent être sur les porte-
pièces.
Le déplacement sur l'axe Y peut être optionnel.
Symboles utilisés
Porte-pièce Contre-poupée
Tourelles de type a) à g), voir aussi Figure 3.
a) b) c) d) e) f) g)
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ISO 13041-1:2020(F)
Légende
Français Anglais
1 banc bed
2 broche porte-pièce, axe C´ main workholding spindle, C´-axis
3 contre-poupée, axe W tail stock, W-axis
4 chariot 1, axe Z carriage 1, Z-axis
5 chariot de tourelle 1, axe X tool turret slide 1, X-axis
6 chariot, axe P slide, P-axis
7 chariot 2, axe Z2 carriage 2, Z2-axis
8 chariot de tourelle 2, axe X2 tool turret slide 2, X2-axis
9 poupée porte-tourelle 1 et 2 tool turret head 1 and 2
10 tourelle à indexage 1 et 2 indexing turret 1 and 2
NOTE 1 L'axe P du point 6 et l'axe X du point 5 génèrent ensemble le mouvement de l'axe Y.
NOTE 2 Pour les langues autres que les langues officielles de l'ISO, voir le Tableau B.1.
Figure 1 — Exemple d'un centre de tournage à broche horizontale avec deux tourelles porte-
outils et contre-poupée
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ISO 13041-1:2020(F)
Légende
Français Anglais
1 banc bed
2 broche porte-pièce principal, axe C´ main workholding spindle, C’-axis
3 sous-broche porte-pièce, axe C´2 sub workholding spindle, C´2-axis
4 chariot, axe Z carriage, Z-axis
5 colonne, axe Y column, Y-axis
6 chariot, axe X carriage, X-axis
7 axe de rotation B rotational B-axis
8 tête de la broche porte-outil tool spindle head
NOTE Pour les langues autres que les langues officielles de l'ISO, voir le Tableau B.2.
Figure 2 — Exemple d'un centre de tournage à broche horizontale avec deux broches porte-
pièce, broche porte-outil et axe B
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ISO 13041-1:2020(F)
a) b) c) d)
e) f) g)
Figure 3 — Exemples de configurations de tourelle porte-outils et de broches porte-outils
La Figure 3 représente les configurations suivantes:
a) tourelle horizontale: Axe de rotation de la tourelle dans la direction Y. Ce type de tourelle peut
disposer d'outils fixes ou mécanisés, ou d'une combinaison des deux;
b) tourelle à roue pour les outils radiaux: Axe de rotation de la tourelle dans la direction X ou dans
la direction Z. Ce type de tourelle peut disposer uniquement d'outils fixes ou uniquement d'outils
mécanisés ou d'outils fixes et d'outils mécanisés;
c) tourelle à roue pour les outils axiaux: Les outils sont disposés de manière axiale par rapport à l'axe
de rotation de la tourelle. Des combinaisons de b) et de c) sont possibles;
d) tourelle linéaire;
e) tourelle inclinée: Les outils peuvent être utilisés uniquement dans la direction X ou dans la
direction Z;
f) broche porte-outil simple avec tête unique: Par pivotement de sa tête, la broche porte-outil peut
évoluer à la fois dans la direction X et dans la direction Z. La présence d'un changeur d'outils et d'un
magasin d'outils est nécessaire;
g) tête porte-outil à deux broches inclinées: Une broche est fournie pour les outils fixes et l'autre
broche est fournie pour les outils mécanisés.
4.11 Compensation par logiciel
Lorsque des logiciels intégrés permettent de compenser les écarts géométriques, de positionnement, de
contournage et thermiques, il convient que leur utilisation pendant ces essais soit fondée sur un accord
entre l'utilisateur et le fournisseur/fabricant. Lorsque la compensation par logiciel est utilisée, ceci doit
être indiqué dans les rapports d’essai.
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ISO 13041-1:2020(F)
4.12 Tolérances
Lorsque la tolérance pour un essai géométrique est établie pour une longueur mesurée différente de
celle donnée dans la présente Norme internationale (voir l'ISO 230-1:2012, Article 4), il doit être pris en
considération que la valeur minimale de tolérance est 0,005 mm.
En principe, les tolérances angulaires sont données à une distance de 1 000 mm. L'angle converti pour
une longueur mesurée type est présenté entre parenthèses, par exemple: 0,060/1 000 (0,015/250).
4.13 Axes non soumis à essai
Pendant l'exécution de certains essais géométriques sur un axe de déplacement, la position des autres
axes ne faisant pas l'objet de l'essai peut avoir une incidence sur les résultats. En conséquence, la
position de ces axes doit être enregistrée dans le rapport d'essai.
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5 Essais géométriques
5.1 Broche porte-pièce
Objet
G1
Vérification du nez de la broche porte-pièce:
a) battement radial du diamètre de centrage;
b) erreur de mouvement axial de la broche;
c) battement radial de la face de la broche.
Schéma
Tolérance Erreur mesurée
D ≤ 250 250 < D ≤ 500 500 < D ≤ 1 000
a)
a) 0,005 0,008 0,012
b)
b) 0,005 0,005 0,005
c)
c) 0,008 0,010 0,015
où D est le diamètre admissible au-dessus du banc.
Instruments de mesure
Comparateur
Valable uniquement pour b): Dispositif mécanique pour maintenir la sphère d'essai
Observations et références
a) ISO 230-1:2012, 3.9.7. Lorsque la surface est conique, la touche du comparateur doit être perpendiculaire à la surface
de contact.
b) ISO 230-1:2012, 3.5.5
c) ISO 230-1:2012, 12.5.2. Les mesurages doivent être effectués sur le diamètre maximal mesurable.
Les mesurages doivent être effectués sur toutes les broches porte-pièces.
La broche doit être actionnée par CNC.
NOTE Pour le mesurage de l’erreur de mouvement de la broche, voir l’Annexe A, Essai AR1.
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ISO 13041-1:2020(F)
Objet
G2
Vérification du battement radial de l'alésage de la broche porte-pièce:
a) par contact direct:
1) sur la portée conique en avant;
2) sur le centrage cylindrique intérieur.
b) utilisation d'un mandrin de contrôle:
1) au nez de broche;
2) à une distance de 250 mm du nez de broche.
Schéma
a) b)
Tolérance Erreur mesurée
a) 1) et 2) 0,008 a 1)
b) Pour une longueur de mesure de 250 mm ou une course maximale jusqu'à 250 mm 2)
D ≤ 250 250 < D ≤ 500 500 < D ≤ 1 000
b 1)
1) 0,010 0,015 0,020
2)
2) 0,015 0,020 0,025
où D est le diamètre admissible au-dessus du banc.
Instruments de mesure
Comparateur et mandrin de contrôle
Observations et références à l'ISO 230-1:2012, 3.9.7 et 12.5.3
Il convient d'effectuer les mesurages dans les plans ZX et YZ. Faire tourner lentement la broche d'au moins deux révolu-
tions pour chaque emplacement de mesure, lors du mesurage du battement radial de la broche.
Les mesurages doivent être répétés au moins quatre fois, en faisant tourner de 90° le mandrin par rapport à la broche. La
moyenne des lectures doit être enregistrée.
Il convient de prendre des mesures pour réduire au minimum l'effet d'hystérésis du palpeur de l'instrument de mesure.
Les mesurages doivent être effectués sur toutes
...
Questions, Comments and Discussion
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