ISO/CD 13041-2
(Main)Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres — Part 2: Geometric tests for machines with a vertical workholding spindle
Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres — Part 2: Geometric tests for machines with a vertical workholding spindle
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de tournage — Partie 2: Essais géométriques pour les machines à broche verticale
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 13041-2
ISO/TC 39/SC 2 Secretariat: ANSI
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INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION • МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ • ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Test conditions for numerically controlled turning machines and
turning centres —
Part 2:
Geometric tests for machines with a vertical workholding
spindle
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de tournage —
Partie 2: Essais géométriques pour les machines à broche verticale
(Revision of ISO 13041:2000)
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WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN NATIONAL REGULATIONS.
© International Organization for Standardization, 2004
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ISO/DIS 13041-2
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©
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ISO/DIS 13041-2
Contents
Foreword .iv
1 Scope.1
2 Normative references .1
3 Definition of the machining operations carried out on these machines.1
3.1 Numerically controlled turning machine.2
3.2 Turning centre.2
3.3 Machine modes of operation.2
3.4 Vertical turning centre .2
4 Preliminary remarks.2
4.1 Measuring units .2
4.2 Reference to ISO 230 .3
4.3 Machine leveling .3
4.4 Test sequence .3
4.5 Test to be performed .3
4.6 Diagrams .3
4.7 Software compensation.3
4.8 Minimum tolerance .3
4.9 Descriptions, terminology and designation of axes.3
4.10 Linear motions .4
4.11 Turrets .4
4.12 Machine size category.4
5 Geometric Tests.10
Annex A…………………………………………………………………………………………………………………………30
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ISO/DIS 13041-2
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a world-wide 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 organisations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical Standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
International Standard 13041-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee
SC 2, Test conditions for metal cutting machine tools.
ISO 13041 consists of the following part, under the general title Test conditions for NC turning machines and
turning centres :
- Part 1: Geometric tests for machines with horizontal workholding spindle
- Part 2: Geometric tests for machines with vertical workholding spindle
- Part 3: Geometric tests for machines with inverted vertical workholding spindle
- Part 4: Accuracy and Repeatability of positioning of linear and rotary axes
- Part 5: Accuracy of speeds, feeds and interpolations
- Part 6: Accuracy of a finished test piece
- Part 7: Evaluation of contouring performance in the three coordinate planes
- Part 8: Evaluation of thermal distortions
Annex A of this part of ISO 13041 is for information only.
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ISO/DIS 13041-2
Introduction
A numerically controlled turning machine is a machine tool in which the principal motion is the rotation of the
workpiece against the stationary cutting tool(s) and where cutting energy is brought by the workpiece and not by
the tool. This machine is controlled by a numerical control (NC) providing automatic function according to 3.3 of
ISO 13041-2 and can be of single spindle or multi-spindle type.
A turning centre is a NC turning machine equipped with power driven tool(s) and the capacity to orientate the work
holding spindle around its axis. This machine may include additional features such as automatic tool changing from
a magazine.
The object of ISO 13041 is to supply information as wide and comprehensive as possible on geometric, positional,
contouring, thermal and machining tests which can be carried out for comparison, acceptance, maintenance or any
other purpose.
ISO 13041 specifies, with reference to the relevant parts of ISO 230 Test Code for Machine Tools, tests for turning
centres and numerically controlled turning machines with / without tailstocks standing alone or integrated in flexible
manufacturing systems. ISO 13041 also establishes the tolerances or maximum acceptable values for the test
results corresponding to general purpose and normal accuracy turning centres and numerically controlled turning
machines.
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ISO/DIS 13041-2
Test conditions for numerically controlled turning machines and
turning centres —
Part 2:
Geometric tests for machines with a vertical workholding
spindle
1 Scope
This part of ISO 13041 specifies, with reference to ISO 230-1, the geometric tests on general purpose and
normal accuracy numerically controlled (NC) turning machines and tuning centres with vertical workholding
spindles as defined in 3.4.
This part of ISO 13041 specifies the applicable to tolerances corresponding to the above mentioned tests.
This part of ISO 13041 explains different concepts or configurations and common features of NC turning
machines and turning centres with vertical workholding spindle. It also provides a terminology and
designation of controlled axes.
This part of ISO 13041 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 checks are generally carried out before testing the
accuracy.
2 Normative references
The following standards contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of this
International Standard. At the time of publication, the editions indicated were valid. All standards are
subject to revision, and parties to agreements based on this International Standard are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the standards indicated below. Members of
IEC and ISO maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 230-1:1996 Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines
operating under no-load or finishing conditions.
ISO 841:2001, Industrial automation systems — Physical device control — Coordinate
system and motion nomenclature
ISO/FDIS 13041-1:2003 Test conditions for NC turning machines and turning centres — Part 1:
Geometric tests for machines with horizontal workholding spindle
3 Definition of the machining operations carried out on these machines
For the purpose of this standard and the following definitions apply.
3.1 Numerically controlled turning machine
A machine tool in which principle movement is the rotation of the workpiece against the stationary cutting
tool(s) and where cutting energy is brought by the workpiece and not by the tool. This machine is controlled
by a numerical control (NC) providing automatic function.
1
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3.2 Turning centre
A NC turning machine equipped with power driven tool(s) and the capacity to orientate the work holding
spindle around its axis. This machine may include additional features such as automatic tool changing from
a magazine.
3.3 Machine modes of operation
A mode of operation of the NC or data entry devices where entries are interpreted as functions to be
executed.
a) Machine mode of NC
Non-automatic mode of NC of a machine in which the operator controls it without the use of pre-
programmed numerical data, for example, by push button or joystick control.
b) Manual data input mode
The entry of programme data by hand at the NC.
c) Single block mode
The mode of NC in which, at the initiation of the operator, only one block of control data is executed.
d) Automatic mode
The mode of NC in which the machine operates in accordance with the programme data until
stopped by the programme or the operator.
3.4 Vertical turning centre
A NC vertical turning machine is a machine with one or two type heads and a turret type head, and
sometime a slide head with an indexable turret. Typical machines consist of a base supporting the
horizontal table or chuck. Attached to the base is a single vertical column or dual vertical columns which
carries the cross rail. The cross rail carries one or two heads, each head consisting of a saddle (turret rail
head or rail head) which moves horizontally on the rail, and a ram or slide which moves vertically on the
saddle. On some machines a slide head is mounted on the right vertical column way, so that the side head
saddle moves vertically, and the side head ram or slide moves horizontally. This machine equips power
driven tool(s) and the capacity to orientate the work holding spindle around its axis. This machine may
include additional features such as automatic tool changing from a tool magazine.
This machine is divided into two types owing to work holding system. one is the table type and the other is
the chuck type. A chuck type vertical turning centre is usually used for small size of workpieces, whilst a
table type vertical turning centre is used for large size of workpieces.
4 Preliminary remarks
4.1 Measuring units
In this International Standard, all linear dimensions, deviation and corresponding tolerances are expressed
in millimetres; angular dimensions are expressed in degrees, and angular deviations and the corresponding
tolerance are expressed in ratios but in some cases microradians or arcseconds may be used for
clarification purpose. The equivalence of the following expressions should always be kept in mind.
0,010/1000 = 10 µrad ≈ 2“
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4.2 Reference to ISO 230-1
To apply this International Standard, reference should be made to ISO 230-1, especially for installation of
the machine before testing, warming up of the spindle and over moving components, description of
measuring methods and recommended accuracy of testing equipment.
In the “Observation” block of the tests described in the following sections, the instructions are followed by a
reference to the corresponding clause in ISO 230-1 in cases where the test concerned is in compliance with
the specifications of that part of ISO 230-1 Tolerances are given for each test (see G1 to G20)
4.3 Machine leveling
Prior to conducting tests on a machine, the machine should be leveled according to the recommendations of
the supplier/manufacturer (see 3.11 of ISO 230-1:1996).
4.4 Test sequence
The sequence in which tests are presented in this International Standard 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 Test to be performed
When testing a machine, it is not always necessary or possible to carry out all the tests described in this
International Standard. When the tests are required for acceptance purposes, it is up to the user to choose,
in agreement with the supplier/manufacturer; those tests relating to the components and/or the properties of
the machine which are of interest. These tests are to be clearly stated when ordering a machine. Mere
reference to this International Standard for the acceptance tests, without specifying the tests to be carried
out, and without agreement on the relevant expenses, can not be considered as binding for any contracting
party.
4.6 Diagrams
For reasons of simplicity, diagrams in this International Standard are based on a machine type with one
workhead and one turret.
4.7 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, this shall be stated in the test reports.
4.8 Minimum tolerance
When the tolerance for a geometric test is established for a measuring length different from that given in this
International Standard (see 2.311 of ISO 230-1:1996), it shall be into consideration that the minimum value
of tolerance is 0,005mm.
4.9 Descriptions, terminology and designation of axes
Vertical turning machines and vertical turning centres can be generally classified into two further groups:
Type A: Machine with single column (Fig. 1.1).
Type B: Machine with dual columns (Fig. 1.2).
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ISO/DIS 13041-2
Fixed columns (bridge) – Portal type
Movable columns (bridge) – Gantry type
4.9.1 Type A: Machine with single column
Generally the table/chuck is mounted on the base, but sometimes it can be mounted on the saddle and
moved horizontally on the base. The work spindle axis is vertical.
On the vertical turning machines, turret(s) hold stationary tools. On the vertical turning centres, turret(s) hold
both stationary tools and power driven tools. The turret(s) are mounted on the turret slide fixed / moved
vertically on the turret railhead of the column. The turret railhead is moved horizontally on the cross rail
fixed on the column. In some cases, there are also independent tool spindle(s) for rotary tools and
stationary tools mounted on railhead ram which is moved vertically in the railhead. In such cases, a tool
exchanger and a tool magazine may also be required. Sometime, horizontal side head rams are equipped
on the right side column and moved horizontally in the side head which is moved vertically on the column.
Typical example of type A is shown in Table 2 with some example of axes symbols for the direction of
motions. These directions of motions are defined by ISO 841.
4.9.2 Type B: Machine with dual columns (bridge)
Generally the table/chucking is mounted on the base, sometime on the saddle or the table moved
horizontally on the base. The work spindle axis is vertical.
On the vertical turning machines, turret(s) hold stationary tools. On the vertical turning centres, turret(s) hold
both stationary tools and power driven tools. The turret(s) are mounted on the railhead(s) fixed / moved
horizontally on the cross rail. The cross rail is fixed/moved vertically on the column. In some cases, there
are also independent tool spindle(s) for rotary tools and stationary tools mounted on railhead ram which is
moved vertically in the railhead. In such cases a tool exchanger and a tool magazine may also be required.
Sometime, horizontal side head rams are equipped on the right side column and moved horizontally in the
side head which is moved vertically on the column.
This machine is divided into two types based on the (1) fixed columns (bridge) (2) movable column (bridge).
These types are (1) portal type, (2) gantry type.
(1) Portal type: This type has two columns fixed on the base face, across the table/chuck which is mounted
on the base. The cross rail is either fixed or moved vertically on these columns supports the railhead which
is moved horizontally on the cross rail. The turret head moves vertically on the railhead ram. Sometime a
side head ram is either fixed or moved vertically on the column, supports the tool turret which is moved
horizontally.
The other of this type is two columns fixed on the base face each other across the table/chuck which is
mounted on the table which is moved horizontally on the base. The cross rail fixed / moved vertically on
these columns supports the railhead moved horizontally on the cross rail. The turret head moves vertically
on the railhead ram. Sometime a side head ram fixed / moved vertically on the column supports the tool
turret which is moved horizontally.
(2) Gantry type: Two columns are moved horizontally on the base face across the table which is mounted on
the base. The cross rail fixed / moved vertically on these columns supports the rail head moved horizontally
on the cross rail. The turret head ram moves vertically on the rail head ram.
Sometimes a side head ram which is fixed / moved vertically on the column supports the tool turret which is
moved horizontally.
Typical example of Type B is shown respectively in Table 2 with some examples of axes symbols for the
direction of motions. These directions of motions are defined by ISO 841.
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4.10 Linear motions
For simplicity, all the machine examples shown in Table 2 use the axis designation of a letter and a number
(e.g. X, X1, X2….) as defined in Section 6.1 of ISO 841. In all examples the use of the letters U, V, or W
could be substituted.
4.11 Turrets
As already explained in 3.1, 3.2 and 3.4 vertical turning centres have not only stationary tools but also power
driven rotary tools which are located on the turret and/or the rail head rum. When the number of tools
expected to be used exceeds the capacity of the turret, an automatic change of tools in turret, or a change of
turret, may be provided. An automatic tool change device may also be required in cases of power driven
spindles in which the tool can be automatically set. The typical settings of turret are two types, the one is
the turret mounted on the turret slide parallel to the work spindle axis, the other is the turret mounted on
swivel head.
4.12 Machine size category
The machines are classified into three categories, on the basis of the criteria specified in Table 1.
Table 1 - Category of machine size
Criteria Category 1 Category 2 Category 3 Category 4
Nominal chuck diameter d ≤ 500 500 < d ≤ 1000 1000 < d ≤ 5000 5000 < d
Diameter of turn table
d ≤ 500 500 < d ≤ 1000 1000 < d ≤ 5000 5000 < d
NOTE 1 - Nominal chuck diameter is defined in ISO 3442.
NOTE 2 - The choice of the criteria is at the manufacturer's discretion.
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Table 2 – Examples of machine Configurations
Table 2.1 – Single column machines
Compound head type Shared motion (moving table saddle) type
Compound table type Shared motion (moving head saddle) type
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ISO/DIS 13041-2
Table 2.2 – Dual Column Machines
Type A – Fixed bridge (Portal type)
Moving cross rail type Fixed cross rail type
Type B – Moving bridge (Gantry type)
Moving cross rail type Fixed cross rail type
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z1
3
w
5
4
x1
6
z2
8
x2
7
c'
1
2
Figure 1.1 - Machine with single vertical column
Table 3 - Terminology
Designation
Reference
English German
1 Table Aufspanntisch
2 Base Maschinenbett
3 Column Maschinenständer
4 Cross rail Querführung
5 Railhead(saddle) Werkzeugträger
6 Railhead ram(saddle) Traghülse
7 Side head seitlicher Werkzeugträger
8 Side head ram seitliche Traghülse
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9
3
4
Z1
Z2
6
W
7
5
X1
X2
8
z3
10
1 x3
11
C'
2
Figure 1.2 - Machine with dual vertical columns
Table 4 - Terminology
Designation
Reference
English German
1 Table Aufspanntisch
2 Base Maschinenbett
3 Right-hand column rechter Maschinenständer
4 Left-hand column linker Maschinenständer
5 Cross rail Querführung
6 Railhead(Saddle), right-hand rechter Werkzeugträger
7 Railhead(Saddle), left-hand linker Werkzeugträger
8 Railhead ram Traghülse
9 Bridge Brücke/Traverse
10 Side head seitlicher Werkzeugträger
11 Side head ram seitliche Traghülse
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=
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5 Geometric Tests
Object
G1
Checking of flatness of the table surface
Note Table type only
Diagram
Alternative
B
A
=
Tolerance Measured deviation
Category 1 Category 2 Category 3 Category 4
0.02 0.03 0.07 0.07
For each 1000 increase in diameter add to the tolerance 0,01
Local tolerance 0,01 over any measuring length of 300
Measuring instruments
Straightedge and gauge blocks or precision level
Observations and references to ISO 230-1 Clause 5.322 / Alternative Clause 5.323
(Checking with the aid of level)
1) Circular checking
The level shall be placed on a support A having three bearing points on the table surface.
The support shall be moved to positions equally spaced along the table surface.
2) Diametrical checking
The level shall be placed on the table and along a diametrical direction with the aid of a straightedge B.
The level shall be moved at positions equally spaced along the straightedge.
The procedure shall be repeated moving the straightedge according to the successive positions occupied by
the support A.
Subject to agreement between manufacturer and user, it is permissible to carry out diametrical checking only.
10 © ISO 1999 – All rights reserved
=
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ISO/DIS 13041-2
Object
G2
Checking of camming of :
a) the table surface
b) the spindle face
Diagram
b)
a)
Tolerance Measured deviation
Category 1 Category 2 Category 3 Category 4
a) 0.01 0.02 0.035 0.05
For each 1000 table diameter add to the tolerance: 0,01
b) 0.01 0.015 0.02 0.02
Measuring instruments
Dual guage
Observations and references to ISO 230-1
a) Clause 5.632
The dial gauge shall be placed on a fixed part of the machine and shall be placed as near as possible to
the table surface and approximately 180 from the position occupied by the tool when the table was
machined.
Cross rail, railhead and slide locked in position.
b) Clause 5.632
Measurements shall be taken on the maximum diameter.
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ISO/DIS 13041-2
Object
G3
Checking of run-out of
a) the table bore;
b) the external cylindrical surface of the table (in the case of a table not having a central bore).
c) centering diameter
Diagram
b)
c)
a)
Tolerance Measured deviations
Category 1 Category 2 Category 3 Category 4
a) and b) 0.01 0.02 0.035 0.05
For each 1000 table diameter add to the tolerance: 0,01
c) 0.01 0.015 0.02 0.02
Measuring instruments
Dial guage
Observations and references to ISO 230-1
a) Clauses 5.611.4 and 5.612.2
The dial gauge shall be placed approximately 180 from the position occupied by the tool when the table
was machined.
Cross rail, railhead and slide locked in position.
The dial gauge shall also be placed on a fixed part of the machine.
b) Clauses 5.611.4 and 5.612.2
c) Clause 5.612.2
When the surface is conical, the stylus of the dial gauge shall be normal to the contacting surface.
12 © ISO 1999 – All rights reserved
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ISO/DIS 13041-2
Object
G4
Checking of the run-out of spindle bore
a) at the spindle nose;
b) at a distance of 300mm from the spindle nose.
Diagram
b)
a)
Tolerance Measured deviation
Category 1 Category 2 Category 3 Category 4
a) 0.01 0.015 0.0
...
PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 13041-2
ISO/TC 39/SC 2 Secrétariat: ANSI
Début de vote: Vote clos le:
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Conditions d'essai des tours à commande numérique et des
centres de tournage —
Partie 2:
Essais géométriques pour les machines à broche verticale
Test conditions for numerically controlled turning machines and turning centres —
Part 2: Geometric tests for machines with a vertical workholding spindle
(Révision de l'ISO 13041:2000)
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ÊTRE CITÉ COMME NORME INTERNATIONALE AVANT SA PUBLICATION EN TANT QUE TELLE.
OUTRE LE FAIT D'ÊTRE EXAMINÉS POUR ÉTABLIR S'ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET
COMMERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSIBILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA
RÉGLEMENTATION NATIONALE.
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ISO/DIS 13041-2
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction. v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives. 1
3 Définition des opérations d’usinage effectuées sur ces machines. 1
4 Observations préliminaires. 2
4.1 Unités de mesure . 2
4.2 Référence à l’ISO 230-1. 3
4.3 Mise à niveau de la machine . 3
4.4 Ordre des essais. 3
4.5 Essais à réaliser. 3
4.6 Schémas. 3
4.7 Compensation par logiciels. 3
4.8 Tolérance minimale . 3
4.9 Descriptions, terminologie et désignation des axes. 4
4.9.1 Type A : Machine à montant unique . 4
4.9.2 Type B : Machine à deux montants (traverse). 4
4.10 Mouvements linéaires. 5
4.11 Tourelles. 5
4.12 Catégories de tailles de la machine . 5
Essais géométriques. 10
Annexe A (informative) Bibliographie. 30
© ISO 2004 – Tous droits réservés iii
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ISO/DIS 13041-2
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 13041-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 39, Machine-outils, sous-comité SC 2,
Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
L'ISO 13041 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Conditions d'essai des tours à
commande numérique et des centres de tournage:
¾ Partie 1 : Essais géométriques pour les machines à broche horizontale
¾ Partie 2 : Essais géométriques pour les machines à broche verticale
¾ Partie 3 : Essais géométriques pour les machines à broche verticale inversée
¾ Partie 4 : Précision et répétabilité de positionnement des axes linéaires et rotatifs
¾ Partie 5 : Précision des avances, vitesses et interpolations
¾ Partie 6 : Précision d'une pièce d'essai usinée
¾ Partie 7 : Évaluation des performances en contournage dans les plans de coordonnées
¾ partie 8 : Évaluation des effets thermiques
L’annexe A de la présente partie de l’ISO 13041 est fournie en guise d’information uniquement.
iv © ISO 2004 – Tous droits réservés
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ISO/DIS 13041-2
Introduction
Un tour à commande numérique est une machine-outil dont le mouvement principal est la rotation de la pièce
par rapport à (aux) l’outil(s) de coupe fixe(s) et avec laquelle l’énergie de coupe est délivrée par la pièce et
non par l’outil. Cette machine est à commande numérique (CN), cette dernière assurant un fonctionnement
automatique selon 3.3 de l’ISO 13041-1, et peut comporter une ou plusieurs broches.
Un centre de tournage est un tour à commande numérique équipé d’un (d’) outil(s) mécanisé(s) et qui est
capable d’orienter la broche porte-pièce autour de son axe. Cette machine peut inclure des caractéristiques
complémentaires telles que le changement automatique d’un outil à partir du magasin.
L’objet de l’ISO 13041 est de fournir des informations aussi larges et complètes que possible sur les essais
pouvant être réalisés à des fins de comparaison, de réception, de maintenance ou tout autre objet.
L’ISO 13041 spécifie, en faisant référence aux parties correspondantes de l’ISO 230 Code d’essai des
machines-outils, les essais relatifs aux centres de tournage et aux tours à commande numérique avec/sans
contre-poupées indépendantes ou intégrées dans des systèmes flexibles d’usinage. L’ISO 13041 établit
également les tolérances ou les valeurs acceptables maximales pour les résultats d’essai correspondant aux
centres de tournage et aux tours à commande numérique à usage général et d’exactitude normale.
© ISO 2004 – Tous droits réservés v
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PROJET DE NORME INTERNATIONALE ISO/DIS 13041-2
Conditions d'essai des tours à commande numérique et des
centres de tournage —
Partie 2:
Essais géométriques pour les machines à broche verticale
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO 13041 spécifie, en faisant référence à l’ISO 230-1, les essais géométriques relatifs
aux tours et aux centres de tournage à commande numérique d’usage général et d’exactitude normale à
broche verticale, comme défini en 3.4.
La présente partie de l’ISO 13041 spécifie les tolérances applicables correspondant aux essais mentionnés
ci-dessus.
La présente partie de l’ISO 13041 précise différents concepts ou configurations ainsi que les caractéristiques
communes des tours et des centres de tournage à commande numérique à broche verticale. Elle fournit
également une terminologie et une désignation des axes commandés.
Cette partie de l’ISO 13041 traite uniquement de la vérification de l’exactitude de la machine. Elle ne
s’applique pas à l’examen du fonctionnement de la machine (par exemple vibrations, bruit anormal, broutage
dans les déplacements d’organes) ni aux 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 de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 230-1:1996, Code d'essai des machines-outils - Partie 1: Précision géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions de finition
ISO 841:2001, Systèmes d'automatisation industrielle et intégration - Commande numérique des machines -
Systèmes de coordonnées et nomenclature du mouvement
ISO/FDIS 13041-1 :2003, Conditions d'essai des tours à commande numérique et des centres de tournage -
Partie 1 : Essais géométriques pour les machines à broche horizontale
3 Définition des opérations d’usinage effectuées sur ces machines
Pour les besoins de la présente norme, les définitions suivantes s’appliquent.
3.1
tour à commande numérique
machine-outil dont le mouvement principal est la rotation de la pièce par rapport à un outil ou à des outils de
coupe fixe et dont la force de coupe vient de la pièce et non de l’outil. Cette machine est contrôlée par une
commande numérique pourvue d’une fonction automatique
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ISO/DIS 13041-2
3.2
centre de tournage
tour à commande numérique équipé d’un outil à commande mécanique ayant la capacité d’orienter la broche
autour de son axe. Cette machine peut intégrer des caractéristiques additionnelles telles que le changement
automatique de l’outil à l’aide d’un magasin d’outils
3.3
modes de fonctionnement de la machine
mode de fonctionnement de la commande numérique ou des dispositifs d’entrées des données où les
données sont interprétées comme des fonctions a exécuter.
a) Mode manuel de la commande numérique
Mode non automatique de la commande numérique de la machine dans lequel l’opérateur n’utilise pas de
donnée préprogrammées, par exemple, par bouton poussoir ou par commande joystick.
b) Mode manuel d’entrée des données
Entrée manuelle des données du programme de la commande numérique
c) Mode bloc à bloc
Mode de la commande numérique dans lequel l’opérateur exécute l’initialisation, d’un seul bloc de
donnée contrôlée.
d) Mode automatique
Mode commande numérique dans lequel le machine fonctionne conformément au programme jusqu'à
l’arrêt par le programme ou par l’opérateur
3.4
centre de tournage vertical
tour à commande numérique à broche verticale comportant une ou deux têtes et un porte-outils à tourelle et
parfois à coulisseau avec une tourelle amovible. Les machines classiques comportent un socle supportant
une table horizontale ou un mandrin horizontal. Sur ce socle est fixé un montant vertical unique ou sont fixés
deux montants verticaux portant la traverse porte-chariot. Cette dernière porte une ou deux têtes, chacune
comportant un chariot transversal (un chariot de tourelle ou un chariot porte-outils de traverse) qui se déplace
à l’horizontale sur le chariot et un coulisseau qui se déplace à la verticale sur le chariot transversal. Sur
certaines machines un coulisseau est monté sur le montant vertical de droite, de manière que le chariot
transversal puisse se déplacer à la verticale et que le coulisseau puisse se déplacer à l’horizontale. Cette
machine est équipée d’outils à commande mécanique et a la capacité d’orienter la broche autour de son axe.
Elle peut intégrer des caractéristiques additionnelles telles que le changement automatique de l’outil à l’aide
d’un magasin d’outils.
Cette machine est divisée en deux types en raison du système de montage : le type table et le type mandrin.
Le centre de tournage vertical à mandrin est généralement utilisé pour les pièces de fabrication de petite
taille, tandis que le centre de tournage vertical à table est généralement utilisé pour les pièces de fabrication
de grande taille.
4 Observations préliminaires
4.1 Unités de mesure
Dans la présente Norme internationale, toutes les dimensions linéaires, tous les écarts et toutes les
tolérances correspondantes sont exprimés en millimètres ; les dimensions angulaires sont exprimées en
degrés, et les écarts angulaires ainsi que les tolérances correspondantes sont exprimés sous forme de
rapports mais, dans certains cas, les microradians ou les secondes d’arc peuvent être utilisés pour plus de
clarté. Il convient de garder toujours à l’esprit l’équivalence des expressions suivantes :
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ISO/DIS 13041-2
0,010/1000 = 10 µrad~2"
4.2 Référence à l’ISO 230-1
Pour l’application de la présente Norme internationale, il convient de se reporter à l’ISO 230-1, notamment en
ce qui concerne l’installation de la machine avant essai, la mise en température de la broche et autres
organes mobiles, la description des méthodes de mesurage et l’exactitude recommandée pour les
instruments de contrôle.
Dans la rubrique ”Observations” des essais décrits dans les sections suivantes, les instructions sont
précédées d’une référence à l’article correspondant dans l’ISO 230-1 lorsque l’essai concerné est conforme
aux spécifications de cette partie de l’ISO 230. Les tolérances sont données pour chaque essai (voir G1 à
G25).
4.3 Mise à niveau de la machine
Avant de soumettre la machine aux essais, il convient de procéder à son nivellement selon les
recommandations du fournisseur/constructeur (voir 3.11 de l’ISO 230-1:1996).
4.4 Ordre des essais
La séquence de présentation des essais dans la présente Norme internationale ne définit nullement l’ordre
pratique de succession des opérations de mesurage. Il peut être procédé aux contrôles, notamment pour des
questions de facilité de contrôle ou de montage des appareils de vérification, dans un ordre entièrement
différent.
4.5 Essais à réaliser
Il n’est pas toujours possible, ni nécessaire, lors de l’examen d’une machine, d’effectuer la totalité des essais
figurant dans la présente Norme internationale. Lorsque les essais sont requis à des fins de réception, il
appartient à l’utilisateur de choisir, en accord avec le fournisseur/constructeur, les seuls essais correspondant
aux éléments et/ou propriétés qui l’intéressent. Ces essais doivent être clairement précisés lors de la
passation de la commande d’une machine. On considère que la simple référence à la présente Norme
internationale pour les essais de réception n’engage aucun des contractants, s’il n’y a pas accord sur les
essais à réaliser et sur les frais correspondants.
4.6 Schémas
Pour des raisons de simplicité, les schémas de la présente Norme internationale reposent sur un type de
machine avec une tête porte-pièce et une tourelle.
4.7 Compensation par logiciels
Lorsque les équipements logiciels intégrés sont utilisés pour compenser des écarts géométriques, de
positionnement, de contournage et thermiques, il convient que leur utilisation pendant ces essais repose sur
un accord entre l’utilisateur et le fournisseur/constructeur. Lorsque cette compensation est utilisée, elle doit
être indiquée dans les rapports d’essai.
4.8 Tolérance minimale
Lorsque la tolérance d’un essai géométrique est déterminée pour une étendue de mesurage différente de
celle de la présente Norme internationale (voir 2.311 de l’ISO 230-1 :1996), il est nécessaire de tenir compte
de ce que la valeur minimale de la tolérance est de 0,005 mm.
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ISO/DIS 13041-2
4.9 Descriptions, terminologie et désignation des axes
Les tours et les centres de tournage à broche verticale peuvent généralement être classés en deux groupes
différents :
Type A : machine à montant unique (voir Figure 1.1).
Type B : machine à deux montants (voir Figure 1.2).
Montants fixes (traverse) – Type portique
Montants mobiles (traverse) – Type portique mobile
4.9.1 Type A : Machine à montant unique
Généralement, la table/le mandrin est monté(e) sur la base, mais parfois, elle/il peut être monté(e) sur le
chariot transversal et déplacé(e) à l’horizontale sur la base. L’axe de la broche est vertical.
Sur les tours à broche verticale, les tourelles contiennent des outils fixes. Sur les centres de tournage à
broche verticale, les tourelles comportent des outils fixes et des outils à commande mécanique. Les tourelles
sont montées sur le coulisseau fixé/déplacé à la verticale sur le chariot de tourelle du montant. Le chariot de
tourelle est déplacé à l’horizontale sur la traverse porte chariot fixée sur le montant. Dans certains cas, il y a
également des broches indépendantes pour les outils de rotation et les outils fixes montés sur le coulisseau
du chariot porte-outils de traverse qui est déplacé à la verticale sur le chariot porte-outils de traverse. Dans
ces cas précis, un changeur d’outils et un magasin d’outils peuvent être requis. Parfois, des coulisseaux
horizontaux du chariot porte-outils latéral sont installés sur le côté droit du montant et déplacés à l’horizontale
dans le chariot latéral qui est déplacé à la verticale sur le montant.
Un exemple classique du type A est présenté dans le tableau 2 avec quelques exemples de symboles d’axes
indiquant les sens du mouvement. Ces sens de mouvement sont définis par l’ISO 841.
4.9.2 Type B : Machine à deux montants (traverse)
Généralement, la table/le mandrin est monté(e) sur la base, mais parfois, elle/il est monté(e) sur le chariot
transversal ou sur la table déplacée à l’horizontale sur la base. L’axe de la broche est vertical.
Sur les tours à broche verticale, les tourelles contiennent des outils fixes. Sur les centres de tournage à
broche verticale, les tourelles contiennent des outils fixes et des outils à commande mécanique. Les tourelles
sont montées sur les chariots porte-outils de traverse fixés/déplacés à l’horizontale sur la traverse porte-
chariot. Ce dernier est fixé/déplacé à la verticale sur le montant. Dans certains cas, il y a également des
broches indépendantes pour les outils de rotation et les outils fixes montés sur le coulisseau du chariot porte
outil de traverse qui est déplacé à la verticale sur le chariot porte-outils de traverse. Dans ces cas précis, un
changeur d’outils et un magasin d’outils peuvent être requis. Parfois, des coulisseaux horizontaux du chariot
latéral sont installés sur le côté droit du montant et déplacés à l’horizontale dans le chariot latéral qui est
déplacé à la verticale sur le montant.
Cette machine est divisée en deux types fondés sur (1) les montants fixes (traverse) (2) les montants mobiles
(traverse). Ces deux types sont : (1) le type portique et (2) le type portique mobile.
(1) Type portique : Ce type possède deux montants fixés sur la face de la base, parallèlement à la table/au
mandrin qui est monté(e) sur la base. La traverse porte-chariot est soit fixée soit déplacée à la verticale sur
ces montants ;elle supporte le chariot porte-outils de traverse qui est déplacé à l’horizontale sur la traverse
porte-chariot. Le support porte-outils à tourelle se déplace à la verticale sur le coulisseau du chariot porte-
outils de traverse. Parfois, un coulisseau du chariot porte-outils latéral est soit fixé soit déplacé à la verticale
sur le montant ; il supporte la tourelle porte-outils qui est déplacée à l’horizontale.
Autre caractéristique de ce type : deux montants fixés sur la face de la base, tous les deux parallèles à la
table/au mandrin qui est monté(e) sur la table celle-ci étant déplacée à l’horizontale sur la base. La traverse
porte-chariot fixée/déplacée à la verticale sur ces montants, supporte le chariot porte-outils de traverse
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déplacé à l’horizontale sur la traverse porte-chariot. Le support porte-outils à tourelle se déplace à la verticale
sur le coulisseau du chariot de traverse. Parfois, un coulisseau du chariot porte-outils latéral est fixé/déplacé à
la verticale sur le montant ; il supporte la tourelle porte-outils qui est déplacé à l’horizontale.
(2) Type portique mobile : deux montants sont déplacés à l’horizontale sur la face de la base, parallèlement à
la table/au mandrin qui est monté(e) sur la base. La traverse porte-chariot est fixée/déplacée à la verticale sur
ces montants ;elle supporte le chariot porte-outils de traverse déplacé à l’horizontale sur la traverse porte-
chariot. Le support porte-outils à tourelle se déplace à la verticale sur le coulisseau du chariot de traverse.
Parfois, un coulisseau du chariot porte-outils latéral est fixé/déplacé à la verticale sur le montant ; il supporte
la tourelle porte-outils qui est déplacée à l’horizontale.
Un exemple classique du type B est présenté dans le tableau 2 avec quelques exemples de symboles d’axes
indiquant les sens du mouvement. Ces sens de mouvement sont définis par l’ISO 841.
4.10 Mouvements linéaires
Pour des raisons de simplicité, tous les exemples de machines présentés dans le tableau 2 utilisent une lettre
et un nombre pour désigner l’axe (par exemple X, X1, X2…), conformément à l’article 6.1 de l’ISO 841. Dans
tous les exemples, les lettres U,V ou W pourraient aussi être utilisées.
4.11 Tourelles
Comme il a été précédemment expliqué en 3.1, 3.2 et 3.4, les centres de tournage à broche verticale ne
possèdent pas uniquement des outils fixes mais également des outils de rotation à commande mécanique qui
sont situés sur la tourelle et/ou sur le coulisseau du chariot de traverse. Lorsque le nombre d’outils destinés à
être utilisés dépasse la capacité de la tourelle, un changement automatique d’outils en tourelle, ou un
changement de tourelle, peut être prévu. Un dispositif de changement d’outil automatique peut être également
requis dans le cas des broches à commande mécanique où l’outil peut être automatiquement installé. Les
installations classiques de tourelle sont de deux types : la tourelle montée sur le coulisseau de tourelle
parallèle par rapport à l’axe de la broche et la tourelle montée sur la tête pivotante.
4.12 Catégories de tailles de la machine
Les machines sont classées en trois catégories, sur la base des critères spécifiés dans le tableau 1.
Tableau 1 — Catégories de tailles de la machine
Critères Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3 Catégorie 4
Diamètre du d = 500 500 < d = 1000 1000 < d = 5000 5000 < d
mandrin nominal
Diamètre de la table d = 500 500 < d = 1000 1000 < d = 5000 5000 < d
tournante
NOTE 1 Le diamètre du mandrin nominal est défini dans l’ISO 3442.
NOTE 2 Le choix des critères est à la discrétion du constructeur.
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Tableau 2 — Exemples de configurations de la machine
Tableau 2.1 — Machines à montant unique
Type de tête à mouvements croisés Type de mouvements partagés (traînard de table en
mouvement)
Type de table à mouvements croisés Type de mouvements partagés (traînard de tête en
mouvement)
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Tableau 2.2 — Machines à deux montants
Type A — Traverse fixe (type portique)
Type de traverse porte-chariot en mouvement Type de traverse porte-chariot fixe
Type B — Traverse en mouvement (type portique mobile)
Type de traverse porte-chariot en mouvement Type de traverse porte-chariot fixe
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z1
3
w
5
4
x1
6
z2
8
x2
7
c'
1
2
Figure 1.1 — Machine à montant vertical unique
Tableau 3 — Terminologie
Référence Désignation
Français Anglais Allemand
1 Table Table Aufspanntisch
2 Socle Base Maschinenbett
3 Montant Column Maschinenständer
4 Traverse porte-chariot Cross rail Querführung
5 Chariot porte-outils de Railhead (saddle) Werkzeugträger
traverse (traînard)
6 Coulisseau du chariot de Railhead ram (saddle) Traghülse
traverse (traînard)
7 Chariot porte-outils latéral Side head seitlicher Werkzeugträger
8 Coulisseau du chariot Side head ram seitliche Traghülse
porte-outils latéral
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ISO/DIS 13041-2
9
3
4
Z1
Z2
6
W
7
5
X1
X2
8
10
1
11
C'
2
Figure 1.2 — Machine à deux montants verticaux
Tableau 4 — Terminologie
Référence Désignation
Français Anglais Allemand
1 Table Table Aufspanntisch
2 Socle Base Maschinenbett
3 Montant droit Right-hand column rechter Maschinenständer
4 Montant gauche Left-hand column linker Maschinenständer
5 Traverse porte-chariot Cross rail Querführung
6 Chariot porte-outils de Railhead (saddle), right- rechter Werkzeugträger
traverse (traînard), droit hand
7 Chariot porte-outils de Railhead (saddle), left- linker Werkzeugträger
traverse (traînard), gauche hand
8 Coulisseau du chariot de Railhead ram Traghülse
traverse
9 Traverse Bridge Brücke/Traverse
10 Chariot porte-outils latéral Side head seitlicher Werkzeugträger
11 Coulisseau du chariot Side head ram seitlicher Traghülse
porte-outils latéral
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=
ISO/DIS 13041-2
5 Essais géométriques
Objet
G1
Vérification de la planéité de la surface de la table.
NOTE Concernant le type table uniquement.
Schéma
Alternative
B
A
=
Tolérance Écart constaté
Catégorie 1 Catégorie 2 Catégorie 3 Catégorie 4
0,02 0,03 0,07 0,07
Pour chaque ajout de 1000 au diamètre, majorer la
tolérance de 0,01
0,01 de tolérance locale en plus pour toute longueur
mesurée de 30
...
Questions, Comments and Discussion
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