ISO/TR 17243-3:2020
(Main)Machine tool spindles — Evaluation of machine tool spindle vibrations by measurements on spindle housing — Part 3: Gear-driven spindles with rolling bearings operating at speeds between 600 r/min and 12 000 r/min
Machine tool spindles — Evaluation of machine tool spindle vibrations by measurements on spindle housing — Part 3: Gear-driven spindles with rolling bearings operating at speeds between 600 r/min and 12 000 r/min
This document provides information on how to assess the severity of machine tool spindle vibrations measured on the spindle housing. It gives specific guidance for assessing the severity of vibration measured on the spindle housing at customer sites or at the machine tool manufacturer's test facilities. Its vibration criteria apply to gear-driven spindles intended for stationary machine tools with nominal operating speeds between 600 r/min and 12 000 r/min. It is applicable to those spindles of the rolling bearing types only, to spindles assembled on metal cutting machine tools, and for testing, periodic verification, and continuous monitoring. It does not address: — geometrical accuracy of axes of rotation (see ISO 230‑7); — unacceptable cutting performance with regards to surface finish and accuracy; — vibration severity issues of machine tool spindles operating at speeds below 600 r/min or exceeding 12 000 r/min (due to lack of supporting vibration data); or — frequency domain analyses such as fast Fourier transform (FFT) analyses, envelope analyses or other similar techniques. Annex A presents an introduction to alternative bearing condition assessment techniques.
Broches pour machines-outils — Évaluation des vibrations d'une broche pour machine-outil par mesurages sur le corps de broche — Partie 3: Broches à roulements à entraînement par engrenages opérant à des vitesses entre 600 tr/min et 12 000 tr/min
Le présent document fournit des informations sur la façon d'évaluer l'intensité vibratoire d'une broche d'une machine-outil, mesurée sur le corps de broche. Il fournit des recommandations spécifiques pour l'évaluation de l'intensité vibratoire mesurée sur le corps de broche, sur le site du client ou sur les installations d'essais du fabricant de la machine-outil. Ses critères en matière de vibrations s'appliquent aux broches à entraînement par engrenage destinées aux machines-outils fixes dont les vitesses nominales de fonctionnement se situent entre 600 r/min et 12 000 r/min. Il est applicable uniquement aux broches munies de paliers de type roulements et aux broches montées sur des machines-outils travaillant par enlèvement de métal, dans le cadre de l'essai, de la vérification périodique et de la surveillance continue. Il ne traite pas: — de l'exactitude géométrique des axes de rotation (voir ISO 230‑7); — de la performance de coupe inacceptable en ce qui concerne le fini de surface et l'exactitude; — des questions liées à l'intensité vibratoire des broches pour machines-outils opérant à des vitesses inférieures à 600 r/min ou supérieures à 12 000 r/min (étant donné le manque de données justificatives concernant les vibrations); — des analyses dans le domaine fréquentiel telles que les analyses de transformée de Fourier rapide (TFR), les analyses d'enveloppe ou toute autre technique similaire. L'Annexe A présente une introduction aux autres techniques d'évaluation de l'état des roulements.
General Information
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Standards Content (Sample)
TECHNICAL ISO/TR
REPORT 17243-3
First edition
2020-02
Machine tool spindles — Evaluation
of machine tool spindle vibrations by
measurements on spindle housing —
Part 3:
Gear-driven spindles with rolling
bearings operating at speeds between
600 r/min and 12 000 r/min
Broches pour machines-outils — Évaluation des vibrations d'une
broche pour machine-outil par mesurage sur le corps de broche —
Partie 3: Broches à roulements à entraînement par engrenages
opérant à des vitesses entre 600 tr/min et 12 000 tr/min
Reference number
ISO/TR 17243-3:2020(E)
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ISO 2020
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ISO/TR 17243-3:2020(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 2
4 Preliminary operations . 3
4.1 General . 3
4.2 Process load . 3
4.3 Spindle speed . 3
4.4 Thermal conditions . 3
4.5 Spindle position and orientation . 4
4.6 Gear selection . 4
4.7 Tool or workpiece balancing . 4
4.7.1 General. 4
4.7.2 Spindle vibration measurements with a tool/workpiece mounted in the spindle 4
4.7.3 Spindle vibration measurements without tool/workpiece . 4
4.8 Spindle chuck . 4
4.9 Spindle cooling . 4
4.10 Drawbar . 4
4.11 Background vibration . 5
4.12 Idle operation . 5
5 Measurement and operational procedures . 5
5.1 Measuring instruments . 5
5.2 Measurement locations/directions . 5
5.2.1 General. 5
5.2.2 Naming convention for measurement locations . 7
5.3 Sensor mounting procedures . 7
6 Evaluation parameters . 8
6.1 Vibration velocity parameter. 8
6.1.1 General. 8
6.1.2 Resonance exclusion criteria . 8
6.2 Vibration acceleration parameter . 9
7 Spindle classification .10
7.1 General .10
7.2 Classification according to maximum spindle speed .10
7.3 Classification according to bearing type .10
8 Evaluation .10
8.1 General .10
8.1.1 Overview .10
8.1.2 Measurement uncertainty .11
8.2 Criterion I: vibration magnitude .11
8.2.1 General.11
8.2.2 Evaluation zones .11
8.2.3 Exemplary evaluation zone boundaries .11
8.3 Criterion II: change in vibration magnitude .11
8.4 General zone boundaries .12
8.5 Examples of evaluation zone boundary values .13
8.6 Operational limits .13
8.6.1 General.13
8.6.2 Setting of alerts .13
8.6.3 Setting of alarms .13
8.6.4 Setting of the threshold for shutdown .14
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ISO/TR 17243-3:2020(E)
Annex A (informative) Introduction to alternative bearing condition assessment techniques .15
Bibliography .17
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ISO/TR 17243-3:2020(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee SC 2,
Test conditions for metal cutting machine tools.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
A list of all parts in the ISO 17243 series can be found on the ISO website.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 17243-3:2020(E)
Machine tool spindles — Evaluation of machine tool
spindle vibrations by measurements on spindle housing —
Part 3:
Gear-driven spindles with rolling bearings operating at
speeds between 600 r/min and 12 000 r/min
IMPORTANT — The electronic file of this document contains colours which are considered to be
useful for the correct understanding of the document. Users should therefore consider printing
this document using a colour printer.
1 Scope
This document provides information on how to assess the severity of machine tool spindle vibrations
measured on the spindle housing. It gives specific guidance for assessing the severity of vibration
measured on the spindle housing at customer sites or at the machine tool manufacturer’s test facilities.
Its vibration criteria apply to gear-driven spindles intended for stationary machine tools with nominal
operating speeds between 600 r/min and 12 000 r/min.
It is applicable to those spindles of the rolling bearing types only, to spindles assembled on metal cutting
machine tools, and for testing, periodic verification, and continuous monitoring.
It does not address:
— geometrical accuracy of axes of rotation (see ISO 230-7);
— unacceptable cutting performance with regards to surface finish and accuracy;
— vibration severity issues of machine tool spindles operating at speeds below 600 r/min or exceeding
12 000 r/min (due to lack of supporting vibration data); or
— frequency domain analyses such as fast Fourier transform (FFT) analyses, envelope analyses or
other similar techniques.
Annex A presents an introduction to alternative bearing condition assessment techniques.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 1925, Mechanical vibration — Balancing — Vocabulary
ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
ISO 2954, Mechanical vibration of rotating and reciprocating machinery — Requirements for instruments
for measuring vibration severity
ISO 13372, Condition monitoring and diagnostics of machines — Vocabulary
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ISO/TR 17243-3:2020(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 1925, ISO 2041, ISO 2954,
ISO 13372 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
alarm
condition where the vibration velocity magnitude [LTSC (3.6.1)]
indicates increased dynamic load on the bearings and/or vibration acceleration magnitude [STSC
(3.6.2)] indicates a moderate spindle bearing degradation
3.2
alert
condition where a significant change in spindle vibration magnitude
[STSC (3.6.2) or LTSC (3.6.1)], with respect to normal values, has been detected
3.3
gear-driven spindle
machine tool spindle with one or more power transmitting gear units in the power train
Note 1 to entry: Gear-driven spindles can also incorporate coupling and/or belts in the power train.
3.4
long term
time period of longer than six months
Note 1 to entry: Time period can differ for specific spindle types and/or operational conditions.
3.5
short term
time period of six months or shorter
Note 1 to entry: Time periods can differ for specific spindle types and/or operational conditions.
3.6
spindle condition
root-mean-square (r.m.s) values for vibration velocity and acceleration of machine tool spindles as
defined by specifications
3.6.1
long-term spindle condition
LTSC
parameter indicating the condition of a machine tool spindle in the long term (3.4)
3.6.2
short-term spindle condition
STSC
parameter indicating the condition of a machine tool spindle in the short term (3.6)
3.7
steady-state operating temperature
condition where the machine tool spindle has been running for a
sufficient time to reach a stable operating temperature
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ISO/TR 17243-3:2020(E)
3.8
threshold for shutdown
condition where the vibration velocity magnitude [LTSC (3.6.1)]
indicates severe dynamic load on the bearings and/or vibration acceleration magnitude [STSC (3.6.2)]
indicate a severe spindle bearing degradation
4 Preliminary operations
4.1 General
When measuring spindle vibration, the operational condition of the machine tool is of great importance.
This document is applicable to all normal operational conditions of the machine tool when machining.
For any spindle vibration measurement intended to characterize the spindle condition according to this
document, important operational conditions should be recorded. Such operational conditions include,
but are not limited to, the characteristics listed in 4.2 to 4.12.
When using vibration measurement results for evaluation of spindle condition, other factors
contributing to or interfering with the measured signals should be taken into consideration. Such
factors include spindle motor current control signals with their associated frequencies, influences of
machine foundation and the position of the other moving components affecting the dynamic response
of the overall system, and possible high level of scatter due to low energy content in the frequency range
of interest. If such interfering signals or conditions are suspected, frequency analysis techniques can be
used to differentiate bearing signals from other contributing factors.
4.2 Process load
All vibration measurements should be made under no-load conditions (no cutting, milling, or grinding).
4.3 Spindle speed
This document is applicable for every speed within the nominal speed range of the machine tool/
spindle. The manufacturer may specify non-continuous speed ranges such as 600 r/min to 9 000 r/
min and 10 000 r/min to 12 000 r/min in order to avoid unreasonable limits at resonance speeds. Two
such resonance speed intervals are allowed, together occupying a maximum of 10 % of the nominal
operating speed range of the spindle. The possibility of excluding certain speed ranges only applies to
the vibration velocity parameter as defined in 6.1, i.e. indicators for long term spindle condition (LTSC).
The vibration acceleration parameter as defined in 6.2, i.e. indicators for short-term spindle condition
(STSC), applies to any speed within the nominal speed range of the spindle.
When measuring vibration magnitude as a function of spindle speed, it is important to execute the
spindle speed changes in such a way that a steady-state vibration of the spindle is reached before
recording the measurements. The following are typical methods.
— Step: Increase or decrease the spindle speed in steps not greater than 3 % of spindle maximum
speed with 10 s of constant speed at each such selected speed.
— Acceleration: Increase or decrease the spindle speed with a rate of not more than 20 % of maximum
spindle speed per minute.
Both the above methods result in approximately 5 min measurement time.
4.4 Thermal conditions
Thermal conditions need to be agreed between manufacturer/supplier and user. If no conditions are
specified, the tests should be made under conditions as near as possible to those of normal operation
with regards to lubrication and warm-up. Therefore, the machine should have an idle running
performance in accordance with the conditions of use and the instructions of the manufacturer until
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ISO/TR 17243-3:2020(E)
the machine/spindle has reached steady-state operating temperature. See ISO 230-1 for the installation
of the machine before testing and warming up of the spindle and other moving components.
4.5 Spindle position and orientation
Spindle position: This document is applicable for all possible linear axis positions.
Spindle orientation: This document is applicable for all possible spindle orientations.
Spindle direction of rotation: For spindles that can be operated in either direction, this document
applies to both clockwise and counter clockwise spindle rotation.
Spindle position, orientation, and direction of rotation for vibration measurements need to be agreed
between manufacturer/supplier and user.
4.6 Gear selection
This document is applicable for all possible gear selections of the machine tool.
4.7 Tool or workpiece balancing
4.7.1 General
A tool or workpiece mounted in the spindle can influence the vibration measurements due to the
unbalance of the tool or workpiece itself. It should be recorded whether or not a tool/workpiece is used
during the measurements. If used, the mass, balancing grade according to ISO 21940-11 and angular
orientation (if applicable) of tool/workpiece used during vibration measurements should be recorded.
4.7.2 Spindle vibration measurements with a tool/workpiece mounted in the spindle
Care should be taken to avoid errors introduced by the unbalance of the tool/workpiece. For
most machine tools/spindles, this implies that a balance quality grade of G2.5 or better according
to ISO 21940-11:2016 is required. If possible, the same tool/workpiece should be used for each
measurement of the same machine tool/spindle. If available, refer to the spindle manufacturer’s
recommendations.
4.7.3 Spindle vibration measurements without tool/workpiece
Spindles that can be operated throughout their entire operating speed range without any tool/
workpiece mounted and which do not require tool/workpiece for balance can be measured without a
tool/workpiece mounted in the spindle.
4.8 Spindle chuck
Spindle chuck mechanical settings — such as chuck front-end position with respect to spindle gauge
line for clamped and unclamped positions — as well as jaw positions, should be recorded.
4.9 Spindle cooling
The spindle cooling system settings should be set appropriately and the performance confirmed. All
settings should be recorded.
4.10 Drawbar
The drawbar status should be recorded as tool clamped, tool unclamped, or tool improperly clamped.
It is recommended that all spindle vibration measurements be performed with tool clamped or without
tool (see 4.7).
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ISO/TR 17243-3:2020(E)
4.11 Background vibration
If the measured vibration magnitude is greater than an acceptance criterion established by mutual
agreement between the manufacturer/supplier and user, and background vibration is suspected,
measurements should be made with the machine shut down to determine the degree of external
influence. If the vibration magnitude with the machine shut down exceeds 10 % of the value measured
when the machine is running, corrective action may be necessary to reduce the effect of background
vibration.
NOTE In some cases, the effect of background vibration can be nullified by spectrum analysis or by
eliminating the offending external source.
4.12 Idle operation
It can be beneficial to conduct vibration measurements with the spindle idle but other machine tool
systems, such as pumps, fans, and hydraulic systems, active. Vibration data acquired this way can be
useful when comparing spindle vibration changes over time.
Idle spindle vibration measurements should be taken at the same measurement locations/directions as
running spindle vibration measurements (see 5.2).
5 Measurement and operational procedures
5.1 Measuring instruments
The measuring instrument should comply with the requirements of ISO 2954 for a specified frequency
range of 10 Hz to 10 kHz.
Various methods exist for computing the r.m.s value of a specified frequency band. Refer to
ISO 2954:2012, Annex A, for further information on how to test the r.m.s indicator of any measuring
instrument.
Care should be taken to ensure that the measurements are not influenced by environmental factors or
other external factors including, but not limited to, the following:
— temperature variations;
— magnetic fields;
— sound pressure fields;
— sensor cable length;
— power supply noise.
See 5.3 for further information on sensor mounting procedures.
5.2 Measurement locations/directions
5.2.1 General
For vibration criteria presented in this document, measurements should be taken on the spindle housing
at the front end of the spindle, as well as at the back end. Preferably, sensor longitudinal locations
should coincide with spindle bearing longitudinal locations as close as possible. Measurements should
be taken in a minimum of two radial directions at both ends of the spindle and in axial direction in at
least one end of the spindle (see Figure 1). It is recognized that the back end of the spindle in many cases
can be hard to access, requiring dismantling of covers, etc.
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ISO/TR 17243-3:2020(E)
Key
X1, X2 preferred radial measurement locations in X-axis direction of the machine
Y1, Y2 preferred radial measurement locations in Y-axis direction of the machine
Z2 preferred axial measurement locations in Z-axis direction of the machine
Figure 1 — Examples of preferred measurement locations and possible naming conventions of
common machine/spindle configurations
The preferred sensor locations/directions ensure good transmission with low distortion of the
vibration signal from the mechanical interface (the bearings) between rotating and non-rotating parts
of the machine and hence, ensure low damping with good signal quality.
If, for practical reasons, some of the preferred sensor locations are not deemed possible to access, these
sensor locations may be omitted or alternative sensor positions be established by mutual agreement
between manufacturer/supplier and user. If alternative sensor locations are selected, the measurement
results can be affected.
The two radial measurement directions should be perpendicular to each other and coincide with the
movement axes of the machine tool, such as X and Y or any other axes defined by ISO 841 (see Figure 1
for examples on common machine types).
For some machine tool designs, other measurement directions may be preferred.
It is recommended that the vibration sensor be placed at the preferred measurement locations of
Figure 1. For periodic measurements where the main interest is in observing changes in the vibration
related parameters over time, a single tri-axial sensor is a valid solution. In this last case, a fixed
threaded installation of the vibration sensor (see 5.3) is suggested to ensure measurement repeatability.
All sensor locations/directions used for vibration measurements should be recorded.
Alternatively, permanently mounted vibration sensors on the spindle housing could be used.
6 © ISO 2020 – All rights reserved
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ISO/TR 17243-3:2020(E)
5.2.2 Naming convention for measurement locations
Gear-driven spindles covered by this document are used in many different machine tool types and
applications. Therefore, no obvious naming convention exists for assigning names to the measurement
locations/directions.
The nomenclature is according to ISO 841 when referring to directions coinciding with movement axes
of machine types covered by that International Standard. Possible measurement location names are:
— “Spindle fro
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 17243-3
Première édition
2020-02
Broches pour machines-outils —
Évaluation des vibrations d'une
broche pour machine-outil par
mesurages sur le corps de broche —
Partie 3:
Broches à roulements à entraînement
par engrenages opérant à des vitesses
entre 600 tr/min et 12 000 tr/min
Machine tool spindles — Evaluation of machine tool spindle
vibrations by measurements on spindle housing —
Part 3: Gear-driven spindles with rolling bearings operating at speeds
between 600 r/min and 12 000 r/min
Numéro de référence
ISO/TR 17243-3:2020(F)
©
ISO 2020
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ISO/TR 17243-3:2020(F)
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
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Fax: +41 22 749 09 47
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Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/TR 17243-3:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 2
4 Opérations préliminaires . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Sollicitations d’usinage . 3
4.3 Vitesse de la broche . 3
4.4 Conditions thermiques. 4
4.5 Position et orientation de la broche . 4
4.6 Sélection du rapport de transmission . 4
4.7 Équilibrage d’outil ou de pièce . 4
4.7.1 Généralités . 4
4.7.2 Mesurage des vibrations de la broche avec un outil/une pièce monté(e)
dans la broche . 4
4.7.3 Mesurage des vibrations de la broche sans outil/pièce . 5
4.8 Mandrin de serrage de la broche . 5
4.9 Refroidissement de la broche . 5
4.10 Serreur outil . 5
4.11 Vibrations dans l’environnement . 5
4.12 Fonctionnement à vide . 5
5 Procédures de mesure et modes opératoires . 5
5.1 Instruments de mesure . 5
5.2 Positions/orientations de mesure . 6
5.2.1 Généralités . 6
5.2.2 Convention de désignation des positions de mesure . 7
5.3 Procédures de montage de capteur . 7
6 Paramètres d’évaluation . 9
6.1 Paramètre de vibration en vitesse . 9
6.1.1 Généralités . 9
6.1.2 Critères d’exclusion pour la résonance . 9
6.2 Paramètre de vibration en accélération .10
7 Classification des broches .11
7.1 Généralités .11
7.2 Classification en fonction de la vitesse maximale de la broche .11
7.3 Classification en fonction du type de roulement .11
8 Évaluation .12
8.1 Généralités .12
8.1.1 Vue d’ensemble .12
8.1.2 Incertitude de mesure .12
8.2 Critère I: amplitude vibratoire .12
8.2.1 Généralités .12
8.2.2 Zones d’évaluation .13
8.2.3 Exemples de limites de zone d’évaluation .13
8.3 Critère II: évolution de l’amplitude vibratoire .13
8.4 Limites générales de zone .13
8.5 Exemples de valeurs de limites de zone d’évaluation .14
8.6 Limites de fonctionnement.15
8.6.1 Généralités .15
8.6.2 Réglage des alertes .15
8.6.3 Réglage des alarmes .15
8.6.4 Réglage du seuil d’interruption .16
© ISO 2020 – Tous droits réservés iii
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ISO/TR 17243-3:2020(F)
Annexe A (informative) Introduction aux autres techniques d’évaluation de l’état
des roulements .17
Bibliographie .20
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/TR 17243-3:2020(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le Comité technique ISO/TC 39, Machines-outils, sous-comité
SC 2, Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 17243 se trouve sur le site web de l’ISO.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 17243-3:2020(F)
Broches pour machines-outils — Évaluation des vibrations
d'une broche pour machine-outil par mesurages sur le
corps de broche —
Partie 3:
Broches à roulements à entraînement par engrenages
opérant à des vitesses entre 600 tr/min et 12 000 tr/min
IMPORTANT — Le fichier électronique de ce document contient des couleurs qui ont été
jugées utiles pour une correcte compréhension du document. Les utilisateurs devraient donc
considérer l'impression de ce document à l'aide d'une imprimante couleur.
1 Domaine d’application
Le présent document fournit des informations sur la façon d’évaluer l’intensité vibratoire d’une broche
d’une machine-outil, mesurée sur le corps de broche. Il fournit des recommandations spécifiques pour
l’évaluation de l’intensité vibratoire mesurée sur le corps de broche, sur le site du client ou sur les
installations d’essais du fabricant de la machine-outil.
Ses critères en matière de vibrations s’appliquent aux broches à entraînement par engrenage destinées
aux machines-outils fixes dont les vitesses nominales de fonctionnement se situent entre 600 r/min et
12 000 r/min.
Il est applicable uniquement aux broches munies de paliers de type roulements et aux broches montées
sur des machines-outils travaillant par enlèvement de métal, dans le cadre de l’essai, de la vérification
périodique et de la surveillance continue.
Il ne traite pas:
— de l’exactitude géométrique des axes de rotation (voir ISO 230-7);
— de la performance de coupe inacceptable en ce qui concerne le fini de surface et l’exactitude;
— des questions liées à l’intensité vibratoire des broches pour machines-outils opérant à des vitesses
inférieures à 600 r/min ou supérieures à 12 000 r/min (étant donné le manque de données
justificatives concernant les vibrations);
— des analyses dans le domaine fréquentiel telles que les analyses de transformée de Fourier
rapide (TFR), les analyses d’enveloppe ou toute autre technique similaire.
L’Annexe A présente une introduction aux autres techniques d’évaluation de l’état des roulements.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 1925, Vibrations mécaniques — Équilibrage — Vocabulaire
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire
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ISO/TR 17243-3:2020(F)
ISO 2954, Vibrations mécaniques des machines tournantes ou alternatives — Exigences relatives aux
appareils de mesure de l'intensité vibratoire
ISO 13372, Surveillance et diagnostic de l'état des machines — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 1925, l’ISO 2041,
l’ISO 2954 et l’ISO 13372 ainsi que les suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
alarme
état pour lequel l’amplitude vibratoire en vitesse [LTSC (3.6.1)]
indique une charge dynamique accrue sur les roulements de la broche et/ou pour lequel l’amplitude
vibratoire en accélération [STSC (3.6.2)] indique une détérioration modérée du corps de broche
3.2
alerte
état pour lequel une évolution significative de l’amplitude vibratoire
de la broche [STSC (3.6.2) ou LTSC (3.6.1)] par rapport aux valeurs normales a été détectée
3.3
broche à entraînement par engrenage
broche pour machine-outil comportant un ou plusieurs étages d’engrenages transmettant la puissance
dans le groupe motopropulseur
Note 1 à l'article: Les broches à entraînement par engrenage peuvent également comprendre un couplage et/ou
des courroies dans le groupe motopropulseur.
3.4
long terme
horizon supérieure à six mois
Note 1 à l'article: La durée peut différer pour certains types de broches et/ou certaines conditions de
fonctionnement spécifiques.
3.5
court terme
horizon de six mois ou moins
Note 1 à l'article: La durée peut différer pour certains types de broches et/ou certaines conditions de
fonctionnement spécifiques.
3.6
état de la broche
valeurs efficaces (r.m.s) de vibration, en vitesse et en accélération, des broches pour machines-outils
telles que définies par les spécifications
3.6.1
état de la broche à long terme
LTSC
paramètre indiquant l’état à long terme (3.4) d’une broche pour machine-outil
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ISO/TR 17243-3:2020(F)
3.6.2
état de la broche à court terme
STSC
paramètre indiquant l’état à court terme (3.6) d’une broche pour machine-outil
3.7
température de fonctionnement stabilisée
état pour lequel la broche d’une machine-outil a fonctionné pendant
une durée suffisante pour atteindre une température de fonctionnement stable
3.8
seuil d’interruption
état pour lequel l’amplitude vibratoire en vitesse [LTSC (3.6.1)]
indique une importante charge dynamique sur les roulements de la broche et/ou pour lequel l’amplitude
vibratoire en accélération [STSC (3.6.2)] indique une grave détérioration du corps de broche
4 Opérations préliminaires
4.1 Généralités
Lors du mesurage des vibrations de la broche, les conditions de fonctionnement de la machine-outil sont
d’une grande importance. Le présent document est applicable à l’ensemble des conditions normales de
fonctionnement de la machine-outil lors de l’usinage.
Pour tout mesurage des vibrations de la broche destiné à caractériser l’état de la broche conformément
au présent document, il convient d’enregistrer les principales conditions de fonctionnement. Ces
conditions de fonctionnement comprennent, sans toutefois s’y limiter, les caractéristiques énumérées
de 4.2 à 4.12.
Lors de l’utilisation des résultats de mesure des vibrations pour évaluer l’état de la broche, il convient
de prendre en considération les autres facteurs contribuant aux signaux mesurés ou interférant avec
ceux-ci. De tels facteurs comprennent les signaux de commande électriques du moteur de la broche
avec les fréquences associées, les influences liées aux fondations de la machine et à la position des
autres composants mobiles ayant une incidence sur la réponse dynamique du système global, ainsi
que le possible haut niveau de dispersion dû à la faible quantité d’énergie dans la plage de fréquences
considérée. Si de tels signaux ou de telles conditions interférant sont suspecté(e)s, des techniques
d’analyse fréquentielle peuvent être utilisées pour différencier les signaux des roulements des autres
facteurs contributifs.
4.2 Sollicitations d’usinage
Il convient de réaliser l’ensemble des mesurages de vibrations dans des conditions de fonctionnement à
vide (pas de coupe, de fraisage, ni de meulage).
4.3 Vitesse de la broche
Le présent document est applicable pour toute vitesse comprise dans la plage de vitesses nominales de
la machine-outil/broche. Le fabricant peut spécifier des plages de vitesses discontinues comme 600 r/
min à 9 000 r/min et 10 000 r/min à 12 000 r/min afin d’éviter toute limite déraisonnable aux vitesses
de résonance. Deux intervalles de vitesses de résonance tels que ceux-ci sont autorisés, occupant
à eux deux un maximum de 10 % de la plage de vitesses nominales de fonctionnement de la broche.
La possibilité d’exclure certaines plages de vitesses ne s’applique qu’au paramètre de vibration en
vitesse tel que défini en 6.1, c’est-à-dire aux indicateurs pour l’état de la broche à long terme (LTSC). Le
paramètre de vibration en accélération tel que défini en 6.2, c’est-à-dire les indicateurs pour l’état de la
broche à court terme (STSC), s’applique à toute vitesse comprise dans la plage de vitesses nominales de
la broche.
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ISO/TR 17243-3:2020(F)
Lors du mesurage de l’amplitude vibratoire en fonction de la vitesse de la broche, il est important
d’exécuter les variations de vitesse de la broche de manière à atteindre un état de vibration stationnaire
de la broche avant d’enregistrer les mesures. Les méthodes suivantes sont des méthodes types.
— Pas: augmenter ou réduire la vitesse de la broche par pas n’excédant pas 3 % de la vitesse maximale
de la broche, avec 10 s de vitesse constante pour chaque vitesse ainsi sélectionnée.
— Accélération: augmenter ou réduire la vitesse de la broche d’une valeur n’excédant pas 20 % de la
vitesse maximale par minute de la broche.
Les deux méthodes ci-dessus nécessitent un temps de mesure d’environ 5 min.
4.4 Conditions thermiques
Les conditions thermiques nécessitent de faire l’objet d’un accord entre le fabricant/fournisseur et
l’utilisateur. Si aucune condition n’est spécifiée, il convient de réaliser les essais dans des conditions
aussi proches que possible de celles du fonctionnement normal en ce qui concerne la lubrification et le
cycle de chauffe. Par conséquent, il convient que la machine présente des performances de
fonctionnement à vide conformes aux conditions d’utilisation et aux instructions du fabricant jusqu’à ce
que la machine/broche atteigne la température de fonctionnement stabilisée. Voir l’ISO 230-1 pour
l’installation de la machine avant essai et la chauffe de la broche et des autres composants mobiles.
4.5 Position et orientation de la broche
Position de la broche: Le présent document est applicable pour toutes les positions possibles de l’axe
linéaire.
Orientation de la broche: Le présent document est applicable pour toutes les orientations possibles de
la broche.
Sens de rotation de la broche: Pour les broches pouvant fonctionner dans n’importe quel sens, le
présent document s’applique à la fois aux rotations de la broche dans le sens des horaire et dans le sens
anti horaire.
La position, l’orientation et le sens de rotation de la broche pour les mesurages de vibrations nécessitent
de faire l’objet d’un accord entre le fabricant/fournisseur et l’utilisateur.
4.6 Sélection du rapport de transmission
Le présent document est applicable à tous les rapports de transmission sélectionnables de la
machine-outil.
4.7 Équilibrage d’outil ou de pièce
4.7.1 Généralités
Un outil ou une pièce monté(e) dans la broche peut influencer les mesures de vibrations en raison
de leur déséquilibre intrinsèque. Il convient de consigner si un outil/une pièce est utilisé(e) ou non
pendant les mesurages. Si un outil/une pièce est utilisé(e), il convient de consigner la masse et la qualité
de l’équilibrage conformément à l’ISO 21940-11 et l’orientation angulaire (le cas échéant) de l’outil/la
pièce utilisé(e) pendant les mesurages de vibrations.
4.7.2 Mesurage des vibrations de la broche avec un outil/une pièce monté(e) dans la broche
Il convient de veiller à éviter les erreurs dues au déséquilibre de l’outil/la pièce. Pour la plupart
des machines-outils/broches, une qualité d’équilibrage de G2.5 ou meilleure, conformément à
l’ISO 21940-11:2016, est requise. Si possible, il convient d’utiliser le même outil/la même pièce pour
chaque mesurage d’une même machine-outil/broche. Le cas échéant, se référer aux recommandations
du fabricant de la broche.
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ISO/TR 17243-3:2020(F)
4.7.3 Mesurage des vibrations de la broche sans outil/pièce
Les broches qui peuvent fonctionner sur toute leur plage de vitesses de fonctionnement sans qu’aucun(e)
outil/pièce soit monté(e) et qui ne nécessitent aucun(e) outil/pièce pour l’équilibrage peuvent se
soumettre aux mesurages sans outil/pièce monté(e) dans la broche.
4.8 Mandrin de serrage de la broche
Il convient d’enregistrer les réglages mécaniques du mandrin de serrage de la broche, tels que la position
à l’extrémité avant du mandrin par rapport au plan de jauge de la broche pour les positions bridée et
débridée, ainsi que les positions des mors.
4.9 Refroidissement de la broche
Il convient d’ajuster de manière appropriée les réglages du système de refroidissement de la broche et
d’en confirmer les performances. Il convient d’enregistrer l’ensemble des réglages.
4.10 Serreur outil
Il convient de consigner l’état du serreur outil; à savoir outil bridé, outil débridé ou outil mal bridé. Il est
recommandé de réaliser l’ensemble des mesurages de vibrations de broche avec un outil bridé ou sans
outil (voir 4.7).
4.11 Vibrations dans l’environnement
Si l’amplitude vibratoire mesurée dépasse un critère d’acceptation établi par accord mutuel entre le
fabricant/fournisseur et l’utilisateur et que des vibrations dans l’environnement sont suspectées,
il convient de réaliser des mesurages avec la machine éteinte pour quantifier l’influence externe. Si
l’amplitude vibratoire avec la machine éteinte excède 10 % de la valeur mesurée lorsque la machine
fonctionne, une action corrective peut être nécessaire pour réduire l’effet des vibrations dans
l’environnement.
NOTE Dans certains cas, l’effet des vibrations dans l’environnement peut être annulé par une analyse
spectrale ou par élimination de la source externe indésirable.
4.12 Fonctionnement à vide
Il peut être bénéfique de réaliser des mesurages de vibrations avec la broche à vide, mais avec les autres
systèmes de la machine-outil, tels que les pompes, ventilateurs et systèmes hydrauliques, actifs. Les
données vibratoires acquises de cette manière peuvent être utiles pour comparer les variations des
vibrations de la broche dans le temps.
Il convient de réaliser les mesurages de vibrations de la broche à vide aux mêmes positions/orientations
que les mesurages de vibrations de la broche en fonctionnement (voir 5.2).
5 Procédures de mesure et modes opératoires
5.1 Instruments de mesure
Il convient que les instruments de mesure soient conformes aux exigences de l’ISO 2954 pour une plage
de fréquences spécifiée de 10 Hz à 10 kHz.
Il existe différentes méthodes pour calculer la valeur efficace d’une bande de fréquences spécifiée. Se
référer à l’ISO 2954:2012, Annexe A pour de plus amples informations sur la façon de soumettre à essai
l’indicateur de tension efficace de tout instrument de mesure.
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ISO/TR 17243-3:2020(F)
Il convient de s’assurer que les mesurages ne sont pas influencés par des facteurs environnementaux ou
d’autres facteurs externes, y compris, sans toutefois s’y limiter, les suivants:
— les variations de température;
— les champs magnétiques;
— les champs de pression acoustique;
— la longueur de câble du capteur;
— le bruit de l’alimentation électrique.
Voir 5.3 pour de plus amples informations sur les procédures de montage du capteur.
5.2 Posit
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.