ISO 10791-6:2014

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10791-6
Second edition
2014-12-15
Test conditions for machining
centres —
Part 6:
Accuracy of speeds and interpolations
Conditions d’essai pour centres d’usinage —
Partie 6: Précision des vitesses et interpolations
Reference number
ISO 10791-6:2014(E)
©
ISO 2014

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ISO 10791-6:2014(E)

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Published in Switzerland
ii © ISO 2014 – All rights reserved

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ISO 10791-6:2014(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 Measurement units. 2
4.2 Reference to ISO 230-1 and ISO 230-4 . 2
4.3 Testing sequence . 2
4.4 Tests to be performed . 2
4.5 Measuring instruments . 2
4.6 Diagrams . 2
4.7 Position of axes not under test . 2
4.8 Software compensation . 3
5 Kinematic tests . 3
5.1 General . 3
5.1.1 Tests described in Annexes A to C . 3
5.1.2 Alternative tests in Annexes A and C . 3
5.2 Spindle speeds and feed speeds. 4
5.3 Linear interpolation motion . 7
5.4 Circular interpolation motion . 9
Annex A (normative) Kinematic tests for machines with two rotary axes in the spindle head .11
Annex B (normative) Kinematic tests for machines with two rotary axes in the workpiece side .23
Annex C (normative) Kinematic tests for machines with a swivel head and/or a rotary table .34
Annex D (informative) Precautions for test setup for Annexes A to C .44
Bibliography .50
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ISO 10791-6:2014(E)

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for metal cutting machine tools.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 10791-6:1998), which has been technically
revised. It also incorporates Technical Corrigendum ISO 10791-6:1998/Cor 1:2004.
ISO 10791 consists of the following parts, under the general title Test conditions for machining centres:
— Part 1: Geometric tests for machines with horizontal spindle (horizontal Z-axis)
— Part 2: Geometric tests for machines with vertical spindle or universal heads with vertical primary
rotary axis (vertical Z-axis)
— Part 3: Geometric tests for machines with integral indexable or continuous universal heads (vertical Z-axis)
— Part 4: Accuracy and repeatability of positioning of linear and rotary axes
— Part 5: Accuracy and repeatability of positioning of work-holding pallets
— Part 6: Accuracy of speeds and interpolations
— Part 7: Accuracy of finished test pieces
— Part 8: Evaluation of contouring performance in the three coordinate planes
— Part 9: Evaluation of the operating times of tool change and pallet change
— Part 10: Evaluation of thermal distortions
iv © ISO 2014 – All rights reserved

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ISO 10791-6:2014(E)

Introduction
ISO 10791 is concerned with methods of testing machining centres.
A machining centre is a numerically controlled machine tool capable of performing multiple machining
operations, including milling, boring, and tapping, as well as automatic tool changing from a magazine
or similar storage unit in accordance with a machining programme.
The object of ISO 10791 is to supply information as wide and comprehensive as possible on tests which
can be carried out for comparison, acceptance, maintenance, or any other purpose deemed necessary
by the user or the manufacturer.
ISO 10791 specifies, with reference to the relevant parts of ISO 230, several families of tests for machining
centres. ISO 10791 also establishes the tolerances or maximum acceptable values for the test results
corresponding to general purpose and normal accuracy machining centres.
ISO 10791 is also applicable, totally or partially, to numerically controlled milling and boring machines,
when their configuration, components, and movements are compatible with the tests described herein.
In five-axis machining centres having three orthogonal linear axes and two rotary axes, there are such
types as machines with two rotary axes in the spindle head (see Annex A), machines with two rotary axes
in the workpiece side (see Annex B), and machines with a swivel head and/or a rotary table (see Annex C).
The annexes of this part of ISO 10791 specify the kinematic tests for five-axis machining centres.
© ISO 2014 – All rights reserved v

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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10791-6:2014(E)
Test conditions for machining centres —
Part 6:
Accuracy of speeds and interpolations
1 Scope
This part of ISO 10791 specifies, with reference to ISO 230-1 and ISO 230-4, certain kinematic tests
for machining centres, concerning spindle speeds, feed and the accuracy of the paths described by the
simultaneous movement of two or more numerically controlled (NC) linear and/or rotary axes.
This part of ISO 10791 applies to machining centres having three linear axes (X, Y, and Z) and additionally
one or two rotary axes (A, B, or C). Movements other than those mentioned are considered as special
features and the relevant tests are not included in this part of ISO 10791.
This part of ISO 10791 deals only with the verification of kinematic accuracy of the machine and does
not apply to the testing of the machine operation, e.g. vibrations, abnormal noises, etc., which should
generally be checked separately.
The tests described in this part of ISO 10791 are also applicable, totally or partially, subject to specific
agreement between the manufacturer/supplier and the user, to numerically controlled milling and
boring machines, when their configuration, components, and movements are compatible with the tests
described herein.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 230-1:2012, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under
no-load or quasi-static conditions
ISO 230-4:2005, Test code for machine tools — Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
ISO 230-7, Machine tools — Test code for machine tools — Part 7: Geometric accuracy of axes of rotation
ISO 841:2001, Industrial automation systems and integration — Numerical control of machines —
Coordinate system and motion nomenclature
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 230-1, ISO 230-4, ISO 230-7,
and ISO 841 and the following apply.
3.1
linear interpolation
interpolation where relative motion between the tool side and the workpiece side of the machine tool is
a straight line obtained by controlling multiple axes simultaneously
3.2
circular interpolation
interpolation where relative motion between the tool side and the workpiece side of the machine tool is
a circular arc in a specific plane obtained by controlling multiple axes simultaneously
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ISO 10791-6:2014(E)

3.3
tool centre point control function
TCP control function
advanced CNC control function that drives the linear axes of a numerically controlled machine tool,
in order to maintain constant tool centre point coordinates, in the workpiece coordinate system, in
response to instantaneous position variation of rotary axes
4 Preliminary remarks
4.1 Measurement units
In this part of ISO 10791, all linear dimensions, deviations, and corresponding tolerances are expressed
in millimetres. Angular dimensions are expressed in degrees. In some cases microradians or arcseconds
may be used for clarification purposes. The equivalence of the following expressions should always be
kept in mind:
-6
0,010/1 000 = 10×10 = 10 μrad ≅ 2’’
4.2 Reference to ISO 230-1 and ISO 230-4
To apply this part of ISO 10791, reference shall be made to ISO 230-1, 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. For tests of circular interpolation
motion, reference shall be made to ISO 230-4.
4.3 Testing sequence
The sequence in which the tests are presented in this part of ISO 10791 in no way defines the practical
order of testing. In order to make the mounting of instruments or gauging easier, tests can be performed
in any order.
4.4 Tests to be performed
When testing a machine, it is not always necessary or possible to carry out all the tests described in
this part of ISO 10791. When the tests are required for acceptance purposes, it is up to the user to
choose, in agreement with the manufacturer/supplier, those tests relating to the components and/or
the properties of the machine which are of interest. These tests shall be clearly stated when ordering
a machine. The mere reference to this part of ISO 10791 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.
4.5 Measuring instruments
The measuring instruments indicated in the tests described in Clause 5 and in Annex A, Annex B, and
Annex C are examples only. Other instruments measuring the same quantities and having the same or
smaller measurement uncertainty can be used.
In each test, the number of sampled points (or sampling frequency) shall be reported.
4.6 Diagrams
For simplicity, the diagrams in this part of ISO 10791 illustrate only one type of machines in each Annex.
4.7 Position of axes not under test
Linear and/or rotary axes not under test should be located nearest to the middle of their working travel,
or in the position that minimizes deflections of the machine components affecting the measurement.
2 © ISO 2014 – All rights reserved

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ISO 10791-6:2014(E)

4.8 Software compensation
When built-in software facilities are available for compensating geometric, positioning, contouring, and
thermal deviations, their use during these tests for acceptance purposes shall be based on agreement
between the manufacturer/supplier and the user, with due consideration to the machine tool’s intended
use. When the software compensation is used, this shall be stated in the test report.
It shall be noted that when software compensation is used, axes cannot be locked for test purposes.
5 Kinematic tests
5.1 General
The scope of spindle speed tests (K1) and feed speed tests (K2) is to check the overall accuracy of all the
electric, electronic, and kinematic chain in the control system between the command and the physical
movement of the component.
The purpose of linear interpolation motion tests (K3) is to check the coordinated motion of two linear
axes in either of the following two conditions:
— while these axes are moving either at the same speed (45°); or
— while one of these axes is moving at a significantly lower speed than the other (small angles).
The purpose of circular interpolation motion tests (K4) is to check the coordinated motion of two linear
axes along a circular path, including points in which the motion of one axis slows down to zero and the
direction of movement is reversed. During these tests, axes move with variable speeds.
The tests for checking circular interpolation involving more than two linear axes, including rotary axes,
are described in Annex A, Annex B, and Annex C.
5.1.1 Tests described in Annexes A to C
In Annex A, AK1 measures the deviations of the tool centre point trajectory with the rotation of the B-axis.
AK2 measures them with the rotation of the C-axis. AK3 and AK4 measure them with the simultaneous
interpolation with both B- and C-axes. Similarly, in all of Annexes A to C, each test describes a test for
each rotary axis or the combination of two rotary axes.
5.1.2 Alternative tests in Annexes A and C
In Annex A, AK1, AK2, and AK4 measure the deviations of the tool centre point trajectory in the
workpiece coordinate system (the coordinate system attached to the work table). On the other hand,
their alternative tests [AK1 (alternative), AK2 (alternative), and AK4 (alternative)] measure them in
radial, parallel, and tangential directions of the rotary axis of interest. In other words, these alternative
tests measure the deviations in the coordinate system attached to the rotary axis of interest. Tests CK1
and CK1 (alternative) follow the same principle.
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ISO 10791-6:2014(E)

5.2 Spindle speeds and feed speeds
Object and test conditions K1
Checking the deviations in the spindle speed at the midpoint and at the maximum of each speed range for clockwise and
counter-clockwise (anticlockwise) directions of rotation. This test shall be carried out for each speed range, where appli-
cable.
Diagram
Tolerance
±5 %
Measured deviations
Direction of Deviation
Speed range Programmed speed Measured speed
rotation %
counter-clockwise
Mid
clockwise
counter-clockwise
Max
clockwise
counter-clockwise
Mid
clockwise
counter-clockwise
Max
clockwise
Measuring instruments
Revolutions counter or stroboscope or others.
Observations
A dummy tool can be clamped in the spindle.
If the instantaneous speed is read, five readings shall be taken and the average calculated. Readings shall be taken at con-
stant speed, avoiding the acceleration/deceleration at start and stop. The override control shall be set at 100 %.
The spindle speed deviation shall be calculated using the following formula:
AP−
ss
D = ×100
P
s
where
D   is the deviation in percentage;
A   is the measured speed;
s
P   is the programmed speed.
s
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ISO 10791-6:2014(E)

Object and test conditions K2
Checking the accuracy of the speed in the positive and negative directions of all the linear axes at the following speeds:
a) 100 mm/min; b) 1 000 mm/min; c) maximum feed speed; d) rapid traverse.
Diagram
The diagram shows setups for a horizontal machining centre. The setups shall be accordingly for vertical machining cen-
tres.
X-axis setup Z-axis setup Y-axis setup
Key
1   laser head
2   interferometer
3   reflector
Tolerance
±5 %
Measured deviations
Axis
X Y Z
Programmed feed
Direction
speed Measured Measured Measured
Deviation Deviation Deviation
avg feed avg feed avg feed
% % %
speed speed speed
Positive
a) 100 mm/min
Negative
Positive
b) 1 000 mm/min
Negative
Positive
c) Max. feed speed
….mm/min
Negative
Positive
d) Rapid traverse
….mm/min
Negative
Measuring instruments
Laser interferometer.
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ISO 10791-6:2014(E)

Observations
Align the laser interferometer (setup for positioning deviation) with the motion of the axis under test. Axis shall be com-
manded to execute a simple motion between two end points specified. Travel distance of about half the axis travel range
(or 500 mm whichever is shorter) to allow the axis to accelerate, then move at constant speed, and then to decelerate to
stop shall be selected. Same travel distance shall be used for all feed speeds. The tests shall be carried out for both direc-
tions of travel (positive and negative). Speed data should be sampled with a minimum frequency of 100 Hz, no smoothing
or averaging shall be allowed. The override control shall be set at 100 %. For each direction, calculate the average feed
speed as the average of all measured constant feed speed values (minimum 1 000 sampled points) for a given test.
The feed speed deviations shall be calculated using the following formula:
AP−
ff
D = ×100
f
P
f
where
D is the deviation in percentage;
f
A is the measured average feed speed;
f
P is the programmed feed speed.
f
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ISO 10791-6:2014(E)

5.3 Linear interpolation motion
Object and test conditions K3
Checking the straightness error of the path described by linear interpolation of two linear axes controlled simultaneously
over any measuring length of 100 mm. The approximate slopes of these paths are given below.
Horizontal machining centres:
a) dZ/dX = 0,05; b) dZ/dX = 1; c) dX/dZ = 0,05; d) dY/dZ = 1; e) dZ/dY = 0,05; f) dY/dX = 0,05; g) dY/dX = 1.
Vertical machining centres:
a) dY/dX = 0,05; b) dY/dX = 1; c) dX/dY = 0,05; d) dZ/dY = 1; e) dZ/dY = 0,05; f) dZ/dX = 0,05; g) dZ/dX = 1.
Instead of an angle equal to arctan(0,05) [ = 2°51’45”], an angle of 3° can be chosen, depending on the programming facili-
ties.
Diagram
Horizontal plane Vertical YZ plane Vertical plane parallel to X-axis
NOTE  In the coordinate system shown on each diagram, axis names correspond to the horizontal machine configuration,
while those in parentheses [e.g. (or Y)] correspond to the vertical machine configuration.
Tolerance
0,020 for any length of 100
Measured deviations
a) b) c) d) e) f) g)
Measured error
Length
Measuring instruments
a
Straightness reference artefact with appropriate support (e.g. swivelling vise) or sine bar and linear-displacement sensor .
a
The use of a linear-displacement sensor connected with a graphic recorder or a computer is recommended in order to
have a measurement result in a graphical form, which is easier to read.
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ISO 10791-6:2014(E)

Object and test conditions K3
Observations
The measuring length shall be approximately in the middle of the work zone.
After choosing the angle and the length of travel, place a linear-displacement sensor on the tool holding spindle, if it can be
locked, otherwise on the spindle head, reasonably perpendicular to the direction of movement.
Place the straightedge or the sine bar on the worktable at the approximate orientation specified in object and test condi-
tions. Move the sensor against the straightedge to read against the reference surface (at the starting position of the meas-
uring length). Record the X-, Y-, Z-positions. Then move the sensor to the end point of the measuring length and adjust the
position such that the same linear-displacement sensor reading is obtained against the reference surface of the straight-
edge. Record the X-, Y-, Z-positions of this location. The programmed path shall be between these two recorded locations.
Then move the axes along the programmed path in both directions, with feed speed of 250 mm/min, reversing the direc-
tion outside the measuring length, and record the difference between the maximum and the minimum reading separately
for each direction.
The largest deviation in any 100 mm section and its direction shall be recorded.
a
The use of a linear-displacement sensor connected with a graphic recorder or a computer is recommended in order to
have a measurement result in a graphical form, which is easier to read.
8 © ISO 2014 – All rights reserved

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ISO 10791-6:2014(E)

5.4 Circular interpolation motion
Object and test conditions K4
Checking the circular deviation G and the bi-directional circular deviation G(b) of the path generated by circular interpo-
lation of two linear axes over 360°, where applicable, according to ISO 230-4, at one of the following diameters and at two
feed speeds, as follows.
1) 20 mm dia.     2) 50 mm dia.       3) 100 mm dia.     4) 200 mm dia.      5) 300 mm dia.
a) 150 mm/min   a) 250 mm/min     a) 350 mm/min     a) 500 mm/min     a) 610 mm/min
b) 630 mm/min   b) 1 000 mm/min   b) 1 400 mm/min   b) 2 000 mm/min   b) 2 440 mm/min
The circular deviation G shall be checked for clockwise and counter-clockwise (anticlockwise) contouring motion.
This test shall be performed in the XY, YZ, and ZX plane, or in the plane composed by other pairs of linear axes (U, V, W,
etc.).
Diagram
ball bar method                   two di mensional digital scale method
NOTE In the coordinate system shown on each diagram, axis names correspond to the horizontal machine configura-
tion, while those in parentheses [e.g. (or Y)] correspond to the vertical machine configuration.
Tolerance
a) G = 0,03 mm, G = 0,03 mm
ab ba
  G(b) = 0,05 mm
ab
b) G = 0,05 mm, G = 0,05 mm
ab ba
  G(b) = 0,09 mm
ab
where ab = XY, YZ, ZX or any pairs of linear axes.
Measured deviations and parameters to be stated
Diameter of nominal path ………………….……………
a) feed speed =
Location of measuring instrument
  G = — Centre of circle (X/Y/Z) ………………….……………
ab
  G = — Offset of tool reference (X/Y/Z) ………………….……………
ba
  G(b) = — Offset to workpiece reference (X/Y/Z) ………………….……………
ab
b) feed speed = Data acquisition parameters
  G = — Starting point ………………….……………
ab
  G = — Number of measuring points ………………….……………
ba
  G(b) = — Data smoothing process ………………….……………
ab
where ab = XY, YZ, or ZX or any pairs of Compensation used ………………….……………
linear axes
Positions of axes not under test ………………….……………
Measuring instruments
Ball bar, or two-dimensional digital scale.
© ISO 2014 – All rights reserved 9

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ISO 10791-6:2014(E)

Observations and references to ISO 230-1:2012, 11.3 and ISO 230-4:2005
Diameters can differ from the above values in agreement between the manufacturer/supplier and the user. In such cases,
the feed speed shall be adjusted according to Annex C of ISO 230-4:2005.
Start the interpolation in one of the four quadrants. Ideally measurements should be recorded at a start point other than
one of the four reversal points and should have adequate feed in/out motion around the area being inspected; this helps
ensure accurate capture of machine performance measurements, including that at the reversal points.
10 © ISO 2014 – All rights reserved

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ISO 10791-6:2014(E)

Annex A
(normative)

Kinematic tests for machines with two rotary axes in the spindle
head
A.1 Machine configuration and designation
The machines specified in this part of ISO 10791 can be classified based on the structure of the linear
axes and the rotary axes. The structural configuration is described by using the structural codes to
serially connect the motion axis from the workpiece side to the tool side, and vice versa. The name of
axes of motion is in accordance with ISO 841:2001. As an example, the structural code of the machine
shown in Figure A.1 can be described as [w Xʹ b Y Z C B (C1) t] by connecting the motion axes from the
workpiece side to the tool side. In this description, the workpiece side and the tool side are distinguished
by naming the workpiece by “w”, the tool by “t”, and the bed by “b”; (C1) stands for the spindle axis
without numerical control for angular positioning.
Key
1 table (Xʹ-axis)
2 bed
3 column
4 cross beam
5 ram saddle (Y-axis)
6 ram (Z-axis)
7 swivelling head (C-axis)
8 tilting head (B-axis)
9 spindle [(C1)-axis]
Figure A.1 — Typical example of a vertical five-axis machining centre with two rotary axes in
the spindle head [w Xʹ b Y Z C B (C1) t]
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...

DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 10791-6
ISO/TC 39/SC 2 Secretariat: ANSI
Voting begins on Voting terminates on

2012-02-23 2012-07-23
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION  •  МЕЖДУНАРОДНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ  •  ORGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION


Test conditions for machining centres —
Part 6:
Accuracy of speeds and interpolations
Conditions d'essai pour centres d'usinage —
Partie 6: Précision des vitesses et interpolations
[Revision of first edition (ISO 10791-6:1998) and ISO 10791-6:1998/Cor.1:2004]
ICS 25.040.10










To expedite distribution, this document is circulated as received from the committee
secretariat. ISO Central Secretariat work of editing and text composition will be undertaken at
publication stage.
Pour accélérer la distribution, le présent document est distribué tel qu'il est parvenu du
secrétariat du comité. Le travail de rédaction et de composition de texte sera effectué au
Secrétariat central de l'ISO au stade de publication.



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REFERRED TO AS AN INTERNATIONAL STANDARD UNTIL PUBLISHED AS SUCH.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES, DRAFT
INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO
WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN NATIONAL REGULATIONS.
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPORTING DOCUMENTATION.
©  International Organization for Standardization, 2012

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ISO/DIS 10791-6

Copyright notice
This ISO document is a Draft International Standard and is copyright-protected by ISO. Except as permitted
under the applicable laws of the user’s country, neither this ISO draft nor any extract from it may be
reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means, electronic,
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5.3 Linear interpolation motion .7
5.4 Circular interpolation motion .8
Annex A (normative) Kinematic tests for machines with two rotary axes in the spindle head .9
A.1 Machine configuration and designation .9
A.2 Kinematic tests . 10
A.2.1 General . 10
A.2.2 Circular interpolation motion by simultaneous three-axis control (AK1 and AK2) . 10
A.2.3 Circular interpolation motion by simultaneous five-axis control (AK3 and AK4 ) . 10
Annex B (normative) Kinematic tests for machines with two rotary axes in the workpiece side . 18
B.1 Machine configuration and designation . 18
B.2 Kinematic tests . 19
B.2.1 General . 19
B.2.2 Circular interpolation motion by simultaneous three axis control (BK1 and BK2) . 19
B.2.3 Circular interpolation motion by simultaneous five-axis control (BK3 and BK4) . 19
Annex C (normative) Kinematic tests for machines with a swivel head and/or a rotary table . 27
C.1 Machine configuration and designation . 27
C.2 Kinematic tests . 28
C.2.1 General . 28
C.2.2 Circular interpolation motion by simultaneous three-axis control (CK1 and CK2) . 28
C.2.3 Circular interpolation motion by simultaneous five-axis control (CK3 and CK4) . 28
Annex D (informative) Precautions for test setup for Annexes A to C . 34
D.1 General . 34
D.2 Tests with ball bar. 34
D.2.1 Alignment of precision spheres . 34
D.2.2 Programming . 35
D.2.3 Test procedure . 37
D.2.4 Presentation of results . 37
D.3 Tests with sphere-ended mandrel and linear displacement sensor(s) or sensors nest . 39
D.3.1 Alignment of precision sphere . 39
D.3.2 Test procedure . 39
D.3.3 Presentation of results . 39
ii © ISO 2010 – All rights reserved

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ISO/DIS 10791-6

Bibliography . 41

© ISO 2010 – All rights reserved iii

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ISO/DIS 10791-6

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 10791-6 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine Tools, Subcommittee SC 2, Test
conditions for machine tools.
This second edition cancels and replaces the first edition which has been technically revised.
ISO 10791 consists of the following parts, under the general title Machine Tools — Test conditions for
machining centres:
 Part 1: Geometric tests for machines with horizontal spindle and with accessory heads (horizontal Z-axis)
 Part 2: Geometric tests for machines with vertical spindle or universal heads with vertical primary rotary
axis (vertical Z-axis)
 Part 3: Geometric tests for machines with integral indexable or continuous universal heads (vertical Z-
axis)
 Part 4: Accuracy and repeatability of positioning of linear and rotary axes
 Part 5: Accuracy and repeatability of positioning of work-holding pallets
 Part 6: Accuracy of speeds and interpolations
 Part 7: Accuracy of a finished test piece
 Part 8: Evaluation of contouring performance in the three coordinate planes
 Part 9: Evaluation of the operating times of tool change and pallet change
 Part 10: Evaluation of thermal distortions
Normative Annexes A, B, and C form an integral part of this part of ISO 10791. Annex D is informative.
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ISO/DIS 10791-6

Introduction
This International Standard is one of the series of parts of ISO 10791 concerned with methods of testing
machining centres.
A machining centre is a numerically controlled machine tool capable of performing multiple machining
operations, including milling, boring and tapping, as well as automatic tool changing from a magazine or
similar storage unit in accordance with a machining programme.
The object of ISO 10791 is to supply information as wide and comprehensive as possible on tests which can
be carried out for comparison, acceptance, maintenance or any other purpose.
ISO 10791 specifies, with reference to the relevant parts of ISO 230 “Test code for machine tools,” several
families of tests for machining centres. ISO 10791 also establishes the tolerances or maximum acceptable
values for the test results corresponding to general purpose and normal accuracy machining centres.
ISO 10791 is also applicable, totally or partially, to numerically controlled milling and boring machines, when
their configuration, components and movements are compatible with the tests described herein.
In five-axis machining centres having three orthogonal linear axes and two rotary axes, there are such types
as machines with two rotary axes in the spindle head (see Annex A), machines with tilting rotary table (see
Annex B), and machines with a swivel head and a rotary table (see Annex C).
The annexes of this international standard specify the kinematic tests for five-axis machining centres.
© ISO 2010 – All rights reserved v

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ISO/DIS 10791-6


Test conditions for machining centres —
Part 6:
Accuracy of speeds and interpolations
1 Scope
This part of ISO 10791 specifies, with reference to ISO 230-1 and ISO 230-4, certain kinematic tests for
machining centres, concerning the spindle speeds and the accuracy of the paths described by the
simultaneous movement of two or more NC linear and/or rotary axes.
This part of ISO 10791 applies to machining centres having three linear axes (X, Y and Z) up to
5 000 mm and additionally one or two rotary axes (A, B or C). Movements other than those mentioned are
considered as special features and the relevant tests are not included in this part of ISO 10791.
This part of ISO 10791 deals only with the verification of kinematic accuracy of the machine and does not
apply to the testing of the machine operation, which should generally be checked separately.
The tests described in this part of ISO 10791 are also applicable, totally or partially, subject to specific
agreement between manufacturer/supplier and user, to numerically controlled milling and boring machines,
when their configuration, components and movements are compatible with the tests described herein.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
1
ISO 230-1:— Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-
load or finishing conditions
ISO 230-4:2005, Test code for machine tools－Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
ISO 841:2001 Industrial automation systems – Numerical control of machines – Coordinate system and
motion nomenclature
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 230-1, ISO 230-4, ISO 230-7, ISO
841 and the following apply.
3.1
linear interpolation
an interpolation where relative motion between tool side and workpiece side of the machine tool is a straight
line obtained by controlling multiple axes simultaneously

1
Revision of ISO 230-1:1996, under preparation.
2 © ISO 2010 – All rights reserved

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ISO/DIS 10791-6

3.2
circular interpolation
an interpolation where relative motion between tool side and workpiece side of the machine tool is a circular
arc in a specific plane obtained by controlling multiple axes simultaneously
3.3
Tool Centre Point control function
TCP control function
an advanced CNC control function that drives the linear axes of a numerically controlled machine tool, in order
to maintain constant tool centre point coordinates, in the workpiece coordinate system, in response to
instantaneous position variation of rotary axes
4 Preliminary remarks
4.1 Measurement units
In this part of ISO 10791 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 (e.g. 0,00x/1 000) as the primary method, but in some cases microradians
or arcseconds may be used for clarification purposes. The equivalence of the following expressions should
always be kept in mind:
-6
0,010/1 000 = 10x10 = 10 µrad ≅ 2”
4.2 Reference to ISO 230
To apply this International Standard, reference shall be made to ISO 230-1; 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. Circular interpolation motions shall be
referred to ISO 230-4.
4.3 Testing sequence
The sequence in which the 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.
4.4 Tests 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 manufacturer/supplier, 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. The 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.
4.5 Measuring instruments
The measuring instruments indicated in the tests described in Clause 5 and in Annexes A, B and C are
examples only. Other instruments measuring the same quantities and having the same or smaller
measurement uncertainty may be used. Linear displacement sensors shall have a resolution of 0,001 mm or
better.
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ISO/DIS 10791-6

4.6 Diagrams
For reasons of simplicity, the diagrams in this part of ISO 10791 illustrate only one type of machines in each
annex.
4.7 Position of axes not under test
Linear and/or rotary axes which are not relating with the test, should be located nearest to the middle of their
working travel, or in the position that will minimize deflections of the machine components affecting the
measurement.
4.8 Software compensation
When software facilities are available for compensating some geometric errors, based on an agreement
between the manufacturer/supplier and user, the relevant test may be carried out with these compensations.
When the software compensation is used, this shall be stated in the test report.
5 Kinematic tests
5.1  General
The scope of spindle speed tests (K1) and feed speed tests (K2) is to check the overall accuracy of all the
electric, electronic and kinematic chain in the control system between the command and the physical
movement of the component.
The purpose of linear interpolation motion tests (K3) is to check the coordinated motion of two linear axes in
the following two conditions:
• While these axes are moving either at the same speed (45°) or
• While one of these axes is moving at a significantly lower speed than the other (small angles).
The purpose of circular interpolation motion tests (K4) is to check the coordinated motion of two linear axes
along a circular path, including points in which the motion of one axis slows down to zero and the direction of
movement is reversed. During these tests, axes will move with variable speeds.
The test for checking circular interpolation involving more than two linear axes, including rotary axes, are
described in Annexes A, B, and C.
Tests described in Annexes A to C:
In Annex A, AK1 measures the deviations of the tool centre point trajectory with the rotation of B-axis. AK2
measures them with the rotation of C-axis. AK3 and AK4 measure them with the simultaneous interpolation
with both B- and C-axes. Similarly, in all of Annexes A to C, each test describes a test for each rotary axis or
the combination of two rotary axes.
Alternative tests in Annexes A and C:
In Annex A, AK1, AK2, and AK4 measure the deviations of the tool centre point trajectory in the workpiece
coordinate system (the coordinate system attached to the work table). On the other hand, their alternative
tests (AK1(alternative), AK2(alternative), and AK4(alternative)) measure them in radial, parallel, and tangential
directions of the rotary axis of interest. In other words, these alternative tests measure the deviations in the
coordinate system attached to the rotary axis of interest. Tests CK1 and CK1 (alternative) follow the same
principle.

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ISO/DIS 10791-6

5.2  Spindle speeds and feeds
Object and test conditions
K1
Checking the deviations in the spindle speed at the mid point and at the maximum of each speed range for
clockwise and counter-clockwise directions of rotation. This test shall be carried out for each speed range,
where applicable.
Diagram

Tolerance
±5 %
Measured deviations

Speed range Direction of Programmed Actual speed Deviation %
rotation speed

counter-clockwise

clockwise
counter-clockwise

clockwise

counter-clockwise

clockwise

counter-clockwise

clockwise



Measuring instruments
Revolutions counter or stroboscope or others
Observations
A dummy tool may be clamped in the spindle.
If the instantaneous speed is read, five readings shall be taken and the average calculated. Readings shall
be taken at constant speed, avoiding the acceleration/deceleration at start and stop. The override control
shall be set at 100 %.
The spindle speed deviation shall be calculated using the following formula:
A − P
S S
D= ×100
P
S

where D is the deviation %,
-1
A is the actual speed in min , and
s
-1
P is the programmed speed in min
s


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ISO/DIS 10791-6


Object and test conditions
K2
Checking the accuracy of the speed of the linear axes at the following feed speeds:
a) 100 mm/min;  b) 1 000 mm/min;  c) maximum feed speed;  d) rapid traverse
Diagram
Z
Z
X
X
2
1
3
Key:
1 laser head
2 interferometer
3 reflector

Tolerance
±5 %
Measured deviations
Axis

Programmed feed

X Y Z
Direction
speed
Measured avg Measured avg Measured avg Deviation %

Deviation% Deviation%
feed speed feed speed feed speed %
Forward
a) 100 mm/min
Backward

Forward

b) 1 000 mm/min
Backward

Forward

c) Max. feed speed
   mm/min
Backward
Forward

d) Rapid traverse
   mm/min
Backward



Measuring instruments
 Laser interferometer
Observations
Align the laser interferometer (setup for positioning deviation) with the motion of the axis under test. Axis
shall be commanded to execute a simple motion with two end points specified. Travel distance of about half
the axis travel range (or 500 mm whichever is shorter) to allow the axis to accelerate, then move at constant
speed, and then to decelerate to stop shall be selected. Same travel distance shall be used for all feed
speeds. The tests shall be carried out for both directions of travel (forward and backward). Speed data
should be sampled with a minimum frequency of 100 Hz, no smoothing or averaging shall be allowed. The
override control shall be set at 100 %. For each direction, calculate the average feed speed as the average
of all measured constant feed speed values (minimum 1 000 sampled points) for a given test.

The feed speed deviations shall be calculated using the following formula:
A− P
f f
D = ×100
f
P
f

where D is the deviation %,
f
A is the measured average feed speed in mm/min, and
f
  P is the programmed feed speed in mm/min
f

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ISO/DIS 10791-6

5.3 Linear interpolation motion
Object and test conditions
K3
Checking the straightness error of the path described by linear interpolation of two linear axes controlled
simultaneously over any measuring length of 100 mm. The approximate slopes of these paths are given
below:
Horizontal machining centres:
a) dZ/dX=0,05 b) dZ/dX=1 c) dX/dZ=0,05 d) dY/dZ=1  e) dZ/dY = 0,05 f) dY/dX=0,05 g) dY/dX=1
Vertical machining centres:
a) dY/dX=0,05 b) dY/dX=1 c) dX/dY=0,05 d) dZ/dY=1 e) dZ/dY = 0,05 f) dZ/dX=0,05 g) dZ/dX=1
Instead of an angle equal to arctan(0,05) [=2°51’45”], an angle of 3° may be chosen, depending on the
programming facilities.
Diagram Horizontal plane         Vertical YZ plane     Vertical plane parallel to the X-axis

Tolerance
0,020 for any length of 100
Measured deviations
a) b) c) d) e) f) g)
Measured error
Length

Measuring instruments
1)
Straightedge with appropriate support (e.g. swivelling vise) or sine bar and linear displacement sensor
Observations
The measuring length shall be approximately in the middle of the work zone.
After choosing the angle and the length of travel, place a linear displacement sensor on the tool holding
spindle, if it can be locked, otherwise on the spindle head, reasonably perpendicular to the direction of
movement.
Place the straightedge or the sine bar on the worktable at the approximate orientation specified above. Move
the sensor against the straightedge to read against the reference surface (at the starting position of the
measuring length). Record the X, Y, Z position. Then move the sensor to the end point of the measuring
length and adjust the position such that the same linear displacement sensor reading is obtained against the
reference surface of the straightedge. Record the X, Y, Z position of this location. The programmed path
shall be between these two recorded locations.
Then move the axes along the programmed path in both directions, with feed speed of 250 mm/min,
reversing the direction outside the measuring length, and record the difference between the maximum and
the minimum reading separately for each direction.
The largest deviation in any 100 mm section and its direction shall be recorded.
1) The use of a linear displacement sensor connected with a graphic recorder or a computer is
recommended, in order to have a measurement result in a graphical form, which is easier to read.
© ISO 2010 – All rights reserved 7

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ISO/DIS 10791-6

5.4 Circular interpolation motion
Object and test conditions
K4
Checking the circular deviation G and the bi-directional circular deviation G(b) of the path generated by
circular interpolation of two linear axes over 360°,where applicable, according to ISO 230-4, at one of the
following diameters and at two feed speeds, as follows:
1)  50 mm diameter 2) 100 mm diameter 3) 200 mm diameter 4) 300 mm diameter
a) 250 mm/min a) 350 mm/min a)  500 mm/min a) 610 mm/min
b) 1 000 mm/min b) 1 400 mm/min b) 2 000 mm/min b) 2 440 mm/min
The circular deviation G shall be checked for clockwise and counter-clockwise contouring motion.
This test shall be performed in the XY, YZ and ZX plane, or in the plane composed by other pairs of linear
axes (U, V, W, etc.).
Diagram


[i1]Tolerance
a) G ＝ 0,03 mm, G ＝ 0,03 mm
ab ba
G(b) ＝0,05 mm
ab
b) G ＝ 0,05 mm, G ＝ 0,05 mm
ab ba
G(b) ＝0,09 mm
ab
where ab = XY, YZ, or ZX.
Measured deviations and parameters to be stated
a) feed speed=    Diameter of nominal path ………………………
Location of measuring instrument
 G ＝
XY
 - Centre of circle (X/Y/Z) ……………………

 G ＝
YX
 - Offset of tool reference (X/Y/Z) ………………………
 G(b) ＝
XY
b) feed speed=     - Offset to workpiece reference (X/Y/Z) ………………………
Data acquisition parameters
 G ＝
XY
 - Starting point ………………………
 G ＝
YX
 - Number of measuring points ……………
………
 G(b) ＝
XY
  - Data smoothing process ………………………
G , G , G(b) , G , G , G(b) Compensation used ………………………
YZ ZY YZ XZ ZX ZX
shall also be reported. Positions of axes not un
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 10791-6
Deuxième édition
2014-12-15
Conditions d’essai pour centres
d’usinage —
Partie 6:
Précision des vitesses et
interpolations
Test conditions for machining centres —
Part 6: Accuracy of speeds and interpolations
Numéro de référence
ISO 10791-6:2014(F)
©
ISO 2014

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ISO 10791-6:2014(F)

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Droits de reproduction réservés. Sauf indication contraire, 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, l’affichage sur
l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail copyright@iso.org
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2014 – Tous droits réservés

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ISO 10791-6:2014(F)

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Observations préliminaires . 2
4.1 Unités de mesure . 2
4.2 Référence à l’ISO 230-1 et à l’ISO 230-4 . 2
4.3 Ordre des essais . 2
4.4 Essais à réaliser . 2
4.5 Instruments de mesure . 2
4.6 Schémas . 3
4.7 Position des axes non soumis à l’essai . 3
4.8 Compensation par logiciel. 3
5 Essais cinématiques . 3
5.1 Généralités . 3
5.1.1 Essais décrits dans les Annexes A à C: . 3
5.1.2 Essais alternatifs décrits dans les Annexes A à C: . 3
5.2 Vitesses de broche et vitesses d’avance . 4
5.3 Mouvement d’interpolation linéaire . 7
5.4 Mouvement d’interpolation circulaire . 8
Annexe A (normative) Essais cinématiques pour des machines à deux axes rotatifs dans la
tête porte-broche .10
Annexe B (normative) Essais cinématiques pour des machines à deux axes rotatifs du
côté pièce .22
Annexe C (normative) Essais cinématiques pour des machines à tête pivotante et/ou à
table rotative .33
Annexe D (informative) Précautions à prendre pour le montage d’essai des Annexes A à C .43
Bibliographie .49
© ISO 2014 – Tous droits réservés iii

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ISO 10791-6:2014(F)

Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, 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/CEI, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues
(voir www.iso.org/patents).
Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour
information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, aussi bien que pour des informations au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Foreword -
Supplementary information
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 39, Machines-outils, sous-comité
SC 2, Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 10791-6:1998) qui a fait l’objet d’une
révision technique. Elle incorpore également l’Rectificatif technique ISO 10791-6:1998/Cor 1:2004.
L’ISO 10791 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Conditions d’essai pour
centres d’usinage:
— Partie 1: Essais géométriques des machines à broche horizontale (axe Z horizontal)
— Partie 2: Essais géométriques des machines à broche verticale ou à têtes universelles à axe principal de
rotation vertical (axe Z vertical)
— Partie 3: Essais géométriques des machines à têtes universelles intégrées à indexage ou continues
(axe Z vertical)
— Partie 4: Exactitude et répétabilité de positionnement des axes linéaires et rotatifs
— Partie 5: Exactitude et répétabilité de positionnement des palettes porte-pièces
— Partie 6: Exactitude des vitesses et interpolations
— Partie 7: Exactitude des pièces d’essai usinées
— Partie 8: Évaluation des performances en contournage dans les trois plans de coordonnées
— Partie 9: Évaluation des temps opératoires de changement d’outils et de changement de palettes
— Partie 10: Évaluation des déformations thermiques
iv © ISO 2014 – Tous droits réservés

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ISO 10791-6:2014(F)

Introduction
L’ISO 10791 est relative aux méthodes d’essai des centres d’usinage.
Un centre d’usinage est une machine-outil à commande numérique qui peut réaliser des opérations
d’usinage multiples comprenant le fraisage, l’alésage et le taraudage, ainsi que les changements
automatiques d’outils à partir d’un magasin ou d’une unité de stockage similaire dans le cadre d’un
programme d’usinage.
L’objet de l’ISO 10791 est de fournir une information aussi étendue et approfondie que possible sur les
essais et contrôles qui peuvent être effectués à des fins de comparaison, réception, maintenance ou tout
autre objet jugé nécessaire par l’utilisateur et le fabricant.
L’ISO 10791 spécifie, par référence aux parties correspondantes de l’ISO 230, plusieurs familles d’essais
pour centres d’usinage. L’ISO 10791 établit également les tolérances ou les valeurs maximales admissibles
pour les résultats d’essai correspondant aux centres d’usinage à usage général et d’exactitude normale.
L’ISO 10791 est également applicable, en totalité ou en partie, aux machines à aléser et à fraiser à commande
numérique lorsque leur configuration, leurs composants et leurs mouvements sont compatibles avec les
essais décrits dans ce document.
Les centres d’usinage à cinq axes ayant trois axes linéaires orthogonaux et deux axes rotatifs comprennent
des types de machines tels que des machines ayant deux axes rotatifs dans la tête porte-broche (voir
Annexe A), des machines ayant deux axes rotatifs côté pièce (voir Annexe B) et des machines ayant une
tête pivotante et/ou une table rotative (voir Annexe C).
Les annexes de la présente partie de l’ISO 10791 prescrivent les essais cinématiques relatifs aux centres
d’usinage à cinq axes.
© ISO 2014 – Tous droits réservés v

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NORME INTERNATIONALE ISO 10791-6:2014(F)
Conditions d’essai pour centres d’usinage —
Partie 6:
Précision des vitesses et interpolations
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 10791 spécifie, par référence à l’ISO 230-1 et à l’ISO 230-4, des essais
cinématiques fiables pour centres d’usinage, concernant les vitesses de broche, l’avance et l’exactitude
des trajectoires décrites par le mouvement simultané de deux axes ou plus, linéaires et/ou rotatifs à
commande numérique.
La présente partie de l’ISO 10791 s’applique aux centres d’usinage ayant trois axes linéaires (X, Y et Z)
ainsi qu’un ou deux axes rotatifs (A, B ou C). Les mouvements autres que ceux mentionnés sont considérés
comme relevant de caractéristiques particulières, et les essais correspondants ne sont pas inclus dans la
présente partie de l’ISO 10791.
La présente partie de l’ISO 10791 ne traite que du contrôle de l’exactitude cinématique de la machine et
elle ne s’applique pas aux essais de fonctionnement de la machine, par exemple, vibrations, bruits
anormaux, ets., qu’il est recommandé d’effectuer séparément.
Sous réserve d’un accord spécifique entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur, les essais décrits dans
la présente partie de l’ISO 10791 s’appliquent également, en totalité ou en partie, aux machines à aléser
et à fraiser à commande numérique lorsque leur configuration, leurs composants et leurs mouvements
sont compatibles avec les essais décrits dans ce document.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le
présent document et sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l’édition
citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique
(y compris les éventuels amendements).
ISO 230-1:2012, Code d’essai des machines-outils — Partie 1: Exactitude géométrique des machines
fonctionnant à vide ou dans des conditions quasi-statiques
ISO 230-4:2005, Code d’essai des machines-outils — Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à
commande numérique
ISO 230-7, Code d’essai des machines-outils — Partie 7: Exactitude géométrique des axes de rotation
ISO 841:2001, Systèmes d’automatisation industrielle et intégration — Commande numérique des
machines — Système de coordonnées et nomenclature du mouvement
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 230-1, l’ISO 230-4,
l’ISO 230-7 et l’ISO 841 ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1
interpolation linéaire
interpolation dans laquelle le mouvement relatif entre le côté outil et le côté pièce de la machine-outil est
une droite obtenue en contrôlant des axes multiples simultanément
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3.2
interpolation circulaire
interpolation dans laquelle le mouvement relatif entre le côté outil et le côté pièce de la machine-outil est
un arc de cercle dans un plan spécifique obtenu en contrôlant des axes multiples simultanément
3.3
fonction de commande du Point au Centre de l’Outil
fonction de commande du PCO
fonction de commande PCO avancée qui entraîne les axes linéaires d’une machine-outil à commande
numérique, afin de maintenir constantes les coordonnées du point au centre d’outil, dans le système de
coordonnées de la pièce, en réponse à une variation instantanée de position des axes rotatifs
4 Observations préliminaires
4.1 Unités de mesure
Dans la présente partie de l’ISO 10791, toutes les dimensions linéaires, tous les écarts ainsi que toutes les
tolérances correspondantes sont exprimés en millimètres. Les dimensions angulaires sont exprimées
en degrés. Dans certains cas les microradians ou secondes d’arc peuvent être utilisés pour des besoins
de clarification. Il convient de toujours avoir en tête l’équivalence des expressions suivantes:
-6
0,010/1 000 = 10×10 = 10 μrad ≅ 2’’
4.2 Référence à l’ISO 230-1 et à l’ISO 230-4
Pour appliquer la présente partie de l’ISO 10791, il doit être fait référence 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
composants mobiles, la description des méthodes de mesurage, ainsi que l’exactitude recommandée
pour les appareils de contrôle. Pour les essais de mouvement d’interpolation circulaire il doit être fait
référence à l’ISO 230-4.
4.3 Ordre des essais
L’ordre dans lequel les essais sont donnés dans la présente partie de l’ ISO 10791 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.
4.4 Essais à réaliser
Lors de l’essai d’une machine, il n’est pas toujours nécessaire ni possible d’effectuer la totalité des essais
donnés dans la présente partie de l’ISO 10791. Lorsque les essais sont requis à des fins de réception, il
appartient à l’utilisateur de choisir, en accord avec le fabricant/fournisseur, les essais correspondant
aux composants et/ou aux propriétés de la machine qui l’intéressent. Les essais doivent être clairement
précisés lors de la passation de la commande d’une machine. La simple référence à la présente partie de
l’ISO 10791pour 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.
4.5 Instruments de mesure
Les instruments de mesure mentionnés pour les essais décrits à l’Article 5 et à l’Annexe A, l’Annexe B et
l’Annexe C ne sont que des exemples. D’autres instruments mesurant les mêmes grandeurs et offrant une
incertitude de mesure identique ou inférieure peuvent être utilisés.
Dans chaque essai, le nombre de points échantillonnés (ou fréquence d’échantillonnage) doit être consigné.
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4.6 Schémas
Par simplicité, les schémas de la présente partie de l’ISO 10791 ne représentent qu’un seul type de
machine dans chaque Annexe.
4.7 Position des axes non soumis à l’essai
Il convient que les axes linéaires et/ou rotatifs non soumis à l’essai soient positionnés le plus près
possible du centre de leur espace de travail ou dans la position qui limite au minimum les déformations
des composants de la machine ayant une incidence sur le mesurage.
4.8 Compensation par logiciel
Lorsque des logiciels intégrés permettent de compenser les écarts géométriques, de positionnement,
de contournage et thermiques, leur utilisation pendant ces essais pour des sujets d’acceptation doivent
être basés sur un accord entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur, en fonction de la machine-outil
devant être utilisée. Lorsqu’une compensation par logiciel est utilisée, cela doit être indiqué dans le
rapport d’essai.
Il doit être noté que, lorsque la compensation de logiciel est utilisée, les axes peuvent ne pas être bloqués
à des fins d’essais.
5 Essais cinématiques
5.1 Généralités
Le but des essais de vitesse de broche (K1) et des essais de vitesse d’avance (K2) est de vérifier l’exactitude
globale de l’ensemble électrique, électronique et chaîne cinématique du système de commande depuis la
commande jusqu’au mouvement réel du composant.
Le but des essais de mouvement d’interpolation linéaire (K3) est de vérifier le mouvement coordonné de
deux axes linéaires dans n’importe laquelle des deux conditions suivantes:
— alors que ces axes se déplacent à la même vitesse (45°); ou
— alors que l’un de ces axes se déplace à une vitesse nettement inférieure à celle de l’autre (petits angles).
Le but des essais de mouvement d’interpolation circulaire (K4) est de vérifier le mouvement coordonné
de deux axes linéaires le long d’une trajectoire circulaire, y compris les points où le mouvement de l’un
des axes ralentit jusqu’à l’arrêt et où le sens de mouvement est inversé. Durant ces essais, les axes se
déplacent à des vitesses variables.
Les essais visant à vérifier l’interpolation circulaire impliquant plus de deux axes linéaires, y compris
des axes rotatifs, sont décrits dans l’Annexe A, l’Annexe B et l’Annexe C.
5.1.1 Essais décrits dans les Annexes A à C:
Dans l’Annexe A, l’essai AK1 mesure les écarts de trajectoire du centre d’outil avec la rotation de l’axe B.
L’essai AK2 les mesure avec la rotation de l’axe C. Les essais AK3 et AK4 les mesurent avec l’interpolation
simultanée avec les deux axes B et C. De la même manière, dans l’ensemble des Annexes A à C, chaque
essai décrit un essai pour chaque axe rotatif ou la combinaison de deux axes rotatifs.
5.1.2 Essais alternatifs décrits dans les Annexes A à C:
Dans l’Annexe A, les essais AK1, AK2 et AK4 mesurent les écarts de trajectoire du centre d’outil dans le
système de coordonnées de la pièce (système de coordonnées fixé à la table). En revanche, leurs essais
alternatifs [AK1(alternatif), AK2(alternatif) et AK4(alternatif)] les mesurent dans les directions radiale,
parallèle et tangentielle de l’axe rotatif considéré. En d’autres termes, ces essais alternatifs mesurent les
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écarts dans le système de coordonnées fixé à l’axe rotatif considéré. Les essais CK1 et CK1 (alternatifs)
suivent le même principe.
5.2 Vitesses de broche et vitesses d’avance
Objet et conditions d’essai K1
Vérification de l’écart de la vitesse de broche au point milieu et à la valeur maximale de chaque gamme de vitesses dans
le sens horaire et dans le sens antihoraire (rotation inverse des aiguilles d’une montre). Cet essai doit être effectué pour
chaque gamme de vitesses, s’il y a lieu.
Schéma
Tolérance
±5 %
Écarts mesurés
Sens de Écart
Gamme de vitesses Vitesse programmée Vitesse mesurée
rotation %
antihoraire
Moyenne
horaire
antihoraire
Maximale
horaire
antihoraire
Moyenne
horaire
antihoraire
Maximale
horaire
Instruments de mesure
Compte-tours, stroboscope ou autres.
Observations
Un outil fictif peut être fixé sur la broche.
Si une vitesse instantanée est mesurée, cinq mesures doivent être relevées et la moyenne calculée. Les lectures doivent
être faites à vitesse constante en évitant les accélérations/décélérations de démarrage et d’arrêt. Le contrôle de dépasse-
ment doit être réglé à 100 %.
L’écart de la vitesse de broche doit être calculé à l’aide de la formule suivante:
AP−
ss
D = ×100
P
s
où
D   est l’écart, en pourcentage ;
A   est la vitesse mesurée ;
s
P   est la vitesse programmée.
s
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Objet et conditions d’essai K2
Vérification de l’exactitude de la vitesse de tous les axes linéaires dans les directions positive et négative aux vitesses
suivantes:
a) 100 mm/min; b) 1 000 mm/min; c) vitesse d’avance maximale; d) avance rapide
Schéma
Le schéma illustre les réglages pour un centre d’usinage horizontal. Les réglages doivent être en conséquence pour les
centres d’usinage verticaux.
Montage selon l’axe X Montage selon l’axe Z   Montage selon l’axe Y
Légende
1   tête du laser
2   interféromètre
3   réflecteur
Tolérance
±5 %
Écarts mesurés
Vitesse d’avance programmée
Axes
X Y Z
Vitesse d’avance
Sens
programmée
Vitesse Vitesse Vitesse
Positif
d’avance Écart d’avance Écart d’avance Écart
a) 100 mm/min
moyenne % moyenne % moyenne %
mesurée mesurée mesurée
Négatif
a) 100 mm/min
Positif
Négatif
b) 1 000 mm/min
Positif
Négatif
c) Vitesse d’avance
max. … mm/min
Positif
Négatif
d) Avance rapide
… mm/min
Instruments de mesure
Interféromètre à laser.
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Observations
Aligner l’interféromètre à laser (montage pour écart de positionnement) avec le mouvement de l’axe soumis à l’essai. L’axe
doit être commandé pour exécuter un mouvement simple entre deux points d’extrémité de course spécifiés. La distance
de déplacement choisie doit être approximativement égale à la moitié de la course de l’axe (ou à 500 mm, en retenant la
plus faible des deux valeurs) pour permettre à l’axe d’accélérer, puis de se déplacer à vitesse constante et enfin de ralentir
jusqu’à l’arrêt. La même distance de déplacement doit être utilisée pour toutes les vitesses d’avance. Les essais doivent
être effectués dans les deux sens de déplacement (positif et négatif). Il convient que les données de vitesse soient échan-
tillonnées à une fréquence minimale de 100 Hz; aucun lissage ni calcul de moyenne ne doit être autorisé. Le contrôle de
dépassement doit être réglé à 100 %. Pour chaque sens, calculer la vitesse d’avance moyenne comme la moyenne de toutes
les valeurs de vitesse d’avance constantes mesurées (au moins 1 000 points échantillonnés) pour un essai donné.
Les écarts de vitesse d’avance doivent être calculés à l’aide de la formule suivante:
AP−
ff
D = ×100
f
P
f
où
D est l’écart, en pourcentage;
f
A est la vitesse d’avance moyenne mesurée;
f
P est la vitesse d’avance programmée.
f
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5.3 Mouvement d’interpolation linéaire
Objet et conditions d’essai K3
Vérification de l’erreur de rectitude de la trajectoire décrite par interpolation linéaire de deux axes linéaires commandés
simultanément sur une longueur de mesurage de 100 mm. Les pentes approximatives de ces trajectoires sont indiquées
ci-dessous:
centres d’usinage à broche horizontale:
a) dZ/dX = 0,05; b) dZ/dX = 1; c) dX/dZ = 0,05; d) dY/dZ = 1; e) dZ/dY = 0,05; f) dY/dX = 0,05; g) dY/dX = 1;
centres d’usinage à broche verticale:
a) dY/dX = 0,05; b) dY/dX = 1; c) dX/dY = 0,05; d) dZ/dY = 1; e) dZ/dY = 0,05; f) dZ/dX = 0,05; g) dZ/dX = 1.
Au lieu d’un angle égal à arctan(0,05) [= 2°51’45’’], on peut choisir un angle de 3° en fonction des installations de program-
mation.
Schéma
Plan horizontal        Plan YZ vertical Plan vertical parallèle à l’axe X
NOTE  Dans le système de coordonnées représenté sur chaque schéma, les noms des axes correspondent à la configuration
de la machine horizontale, tandis que ceux entre parenthèses [par exemple, (ou Y)] correspondent à la configuration de la
machine verticale.
Tolérance
0,020 pour toute longueur de 100.
Écarts mesurés
a) b) c) d) e) f) g)
Erreur mesurée
Longueur
Instruments de mesure
Étalon de référence de rectitude avec support approprié (par exemple, étau pivotant) ou barre à sinus et capteur de
a
déplacement linéaire .
a
Il est recommandé d’utiliser un capteur de déplacement linéaire connecté à un enregistreur graphique ou un ordinateur
afin d’obtenir le résultat de mesure sous une forme graphique plus facile à lire.
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5.4 Mouvement d’interpolation circulaire
Objet et conditions d’essai K4
Vérification de l’écart de circularité G et de l’écart de circularité bidirectionnel G(b) de la trajectoire générée par l’inter-
polation circulaire de deux axes linéaires sur 360°, le cas échéant, conformément à l’ISO 230-4, pour l’un des diamètres
suivants et à deux vitesses d’avance, comme suit:
1) diamètre de 20mm 2) diamètre de 50mm 3) diamètre de 100mm 4) diamètre de 200mm 5) diamètre
de 300mm
a) 150 mm/min a) 250 mm/min a) 350 mm/min a) 500 mm/min a) 610 mm/min
b ) 630 mm/min b ) 1000 mm/min b) 1400 mm/min b) 2000 mm/min b) 2440 mm/min.
L’écart de circularité G doit être contrôlé pour un mouvement de contournage dans le sens des aiguilles d’une montre et
dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.
Cet essai doit être effectué dans les plans XY, YZ et ZX, ou dans le plan formé par d’autres paires d’axes linéaires (U, V, W,
etc.).
Schéma
ball bar method                   two di mensional digital scale method
Anglais Français
ball bar method méthode de la barre à billes
two dimensional digital scale method méthode de l’échelle numérique bidimensionnelle
NOTE Dans le système de coordonnées représenté sur chaque schéma, les noms d’axe inscrits correspondent à la config-
uration de machine horizontale, tandis que ceux entre parenthèses [par exemple, (ou Y)] correspondent à la configuration
de machine verticale.
Tolérance
a) G = 0,03 mm, G = 0,03 mm
ab ba
  G(b) = 0,05 mm
ab
b) G = 0,05 mm, G = 0,05 mm
ab ba
  G(b) = 0,09 mm
ab
où ab = XY, YZ, ZX ou toutes les paires d’axes linéaires.
Écarts mesurés et paramètres à indiquer
Diamètre de la trajectoire nominale ………………….……………
a) vitesse d’avance =
Position de l’instrument de mesure
  G = – Centre du cercle (X/Y/Z) ………………….……………
ab
  G = – Décalage de la référence d’outil (X/Y/Z) ………………….……………
ba
  G(b) = – Décalage par rapport à la référence de ………………….……………
ab
pièce (X/Y/Z)
b) vitesse d’avance = Paramètres d’acquisition de données
  G = – Point de départ ………………….……………
ab
  G = – Nombre de points de mesure ………………….……………
ba
  G(b) = – Procédé de lissage ………………….……………
ab
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où ab = XY, YZ ou ZX ou toutes les paires Compensation utilisée ………………….……………
d’axes linéaires
Position des axes non soumis à l’essai ………………….……………
Instruments de mesure
Barre à billes, ou échelle numérique bidimensionnelle.
Observations et références à l’ISO 230-1:2012 11.3, et à l’ISO 230-4:2005
Les diamètres peuvent différer des valeurs ci-dessus, par accord entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur. Dans ce cas,
la vitesse d’avance doit être réglée conformément à l’Annexe C
...