ISO 230-3:2001
(Main)Test code for machine tools — Part 3: Determination of thermal effects
Test code for machine tools — Part 3: Determination of thermal effects
Code d'essai des machines-outils — Partie 3: Évaluation des effets thermiques
La présente partie de l'ISO 230 définit trois essais qui sont: - l'essai d'erreur due à des variations de la température ambiante (ETVE); - l'essai de déformation thermique due à une broche en rotation; - l'essai de déformation thermique due au mouvement le long d'un axe linéaire. Les essais de déformation thermique due à un mouvement linéaire (voir article 7) s'appliquent uniquement aux machines à commande numérique (CN) et sont destinés à mesurer les effets des dilatations et contractions thermiques d'un axe sur l'exactitude du positionnement et sur la répétabilité. Pour des raisons pratiques, les méthodes d'essai décrites dans l'article 7 s'appliquent à des machines à axes linéaires d'une longueur inférieure ou égale à 2 000 mm. Si ces essais sont réalisés sur des machines dont les axes dépassent 2 000 mm de long, il est recommandé de déterminer pour les essais une longueur représentative de 2 000 mm dans la plage normale de chaque axe. Il convient de noter qu'il n'est pas prévu de fixer des valeurs de tolérances pour les essais décrit dans la présente partie de l'ISO 230.
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 230-3
First edition
2001-03-01
Test code for machine tools —
Part 3:
Determination of thermal effects
Code d'essai des machines-outils —
Partie 3: Évaluation des effets thermiques
Reference number
ISO 230-3:2001(E)
©
ISO 2001
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ISO 230-3:2001(E)
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ISO 230-3:2001(E)
Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms and definitions .1
4 Preliminary remarks .5
4.1 Measuring units .5
4.2 Reference to ISO 230-1.5
4.3 Recommended instrumentation and test equipment.5
4.4 Machine conditions prior to testing.6
4.5 Testing sequence.6
4.6 Test environment temperature.6
5 Environmental temperature variation error (ETVE) test .6
5.1 General.6
5.2 Test method.7
5.3 Interpretation of results .7
5.4 Presentation of results.10
6 Thermal distortion caused by rotating spindle .10
6.1 General.10
6.2 Test method.10
6.3 Interpretation of results .13
6.4 Presentation of results.16
7 Thermal distortion caused by moving linear axes.16
7.1 General.16
7.2 Test method.16
7.3 Interpretation of results .19
7.4 Presentation of results.21
Annex A (informative) Information on displacement transducers .23
Annex B (informative) Guidelines on the required number of displacement transducers.27
Annex C (informative) Guidelines for machine tool thermal environment.33
Bibliography.35
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ISO 230-3:2001(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 230 may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 230-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 39, Machine tools, Subcommittee
SC 2, Test conditions for metal cutting machine tools.
ISO 230 consists of the following parts, under the general title Test code for machine tools:
— Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load or finishing conditions
— Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning numerically controlled axes
— Part 3: Determination of thermal effects
— Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools
— Part 5: Determination of the noise emission
— Part 6: Diagonal displacement test
Annexes A to C of this part of ISO 230 are for information only.
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ISO 230-3:2001(E)
Introduction
The purpose of ISO 230 is to standardize methods of testing the accuracy of machine tools, excluding portable
power tools.
This part of ISO 230 specifies test procedures to determine thermal effects caused by a variety of heat inputs
resulting in the distortions of a machine tool structure or the positioning system. It is a recognized fact that the
ultimate thermo-elastic deformation of a machine tool is closely linked to the operating conditions. The test
conditions described in this part of ISO 230 are not intended to simulate the normal operating conditions, but are to
facilitate performance estimation and to determine the effects of environment on machine performance. For
example, use of coolants may significantly affect the actual thermal behaviour of the machine. Therefore, these
tests should be considered only as the preliminary tests towards the determination of actual thermo-elastic
behaviour of the machine tool if such determination becomes necessary for machine characterization purposes.
The tests are designed to measure the relative displacements between the component that holds the tool and the
component that holds the workpiece as a result of thermal expansion or contraction of key structural elements.
The tests described in this part of ISO 230 can be used either for testing different types of machine tools (type
testing) or testing individual machine tools for acceptance purposes. When the tests are required for acceptance
purposes, it is up to the user to choose, in agreement with the supplier/manufacturer, those tests relating to the
properties of the components of the machine which are of interest. The mere reference to this part of the test code
for the acceptance tests, without agreement on the parts to be applied and the relevant charges, cannot be
considered as binding for one or other of the contracting parties. One significant feature of this part of ISO 230 is its
emphasis on environmental thermal effects on all the performance tests described in other parts of ISO 230 related
to linear displacement measurements (such as linear displacement accuracy, repeatability and the circular tests).
The suppliers/manufacturers should provide thermal specifications for the environment in which the machine can
be expected to perform with the specified accuracy. The machine user should be responsible for providing a
suitable test environment by meeting the supplier/manufacturer’s thermal guidelines or otherwise accepting
reduced performance. An example of environmental thermal guidelines is given in annex C.
A relaxation of accuracy expectations is required if the thermal environment causes excessive uncertainty or
variation in the machine tool performance and does not meet supplier/manufacturer’s thermal guidelines. If the
machine does not meet the performance specifications, the analysis of the combined standard thermal uncertainty
provides help identifying sources of problems. Combined standard thermal uncertainty is defined in 3.6 as well as
[1]
in ISO 16015 .
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 230-3:2001(E)
Test code for machine tools —
Part 3:
Determination of thermal effects
1 Scope
This part of ISO 230 defines three tests, which are:
� environmental temperature variation error (ETVE) test;
� thermal distortion test caused by rotating spindles;
� thermal distortion test caused by moving linear axes.
The tests for thermal distortion caused by moving linear axes (see clause 7) are applicable to numerically
controlled (NC) machines only and are designed to quantify the effects of thermal expansion and contraction of the
axes on positioning accuracy and repeatability. For practical reasons, the test methods described in clause 7 apply
to machines with linear axes up to 2 000 mm in length. If they are used for machines with axes longer than
2 000 mm, a representative length of 2 000 mm in the normal range of each axis should be chosen for the tests.
It should be noted that it is not foreseen to determine numerical tolerances for the tests described in this part of
ISO 230.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 230. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 230 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 1:1975, Standard reference temperature for industrial length measurements.
ISO 230-1:1996, Test code for machine tools — Part 1: Geometric accuracy of machines operating under no-load
or finishing conditions.
ISO 230-2:1997, Test code for machine tools — Part 2: Determination of accuracy and repeatability of positioning
numerically controlled axes.
ISO 230-4:1996, Test code for machine tools — Part 4: Circular tests for numerically controlled machine tools.
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 230, the following terms and definitions apply.
3.1
machine scale
measurement system integrated into a machine providing the linear or rotary position of the machine’saxis
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ISO 230-3:2001(E)
3.2
nominal differential thermal expansion
NDE
difference between the estimated expansion of a measured object and that of the test equipment owing to their
temperatures deviating from 20 °C
3.3
uncertainty of nominal differential thermal expansion
u
NDE
combined uncertainty caused by the uncertainties of coefficients of thermal expansion of the measured object and
that of the test equipment
NOTE It is obtained as the square root of the sum of the squares of the uncertainties of nominal expansions of the
measured object and the test equipment.
3.4
environmental temperature variation error
1)
ETVE
estimate of the maximum possible measurement uncertainty induced solely by the variation of the environment
temperature during any time period while performance measurements are carried out on a machine tool
NOTE The notation ETVE indicates that the ETVE value is obtained along the Z direction and the value corresponds
(Z, 8°C)
to an environmental temperature variation of 8 �C.
3.5
uncertainty due to environmental temperature variation error
u
ETVE
standard uncertainty in performance measurements caused by the effects of environmental temperature changes
on the machine
NOTE 1 It is calculated as the square root of the square of ETVE divided by 12.
NOTE 2 The basis for the estimation of this uncertainty for a machine tool is the environment test according to clause 5.
3.6
2)
combined standard thermal uncertainty
u
CT
combined uncertainty in length measurements caused by an environment with a temperature other than a constant
and uniform 20 °C
NOTE 1 It is a combination by square root of sum of squares of uncertainty of environmental temperature variation error
(u ), uncertainty of temperature measurements (u ) and the uncertainty of nominal differential thermal expansion (u ).
ETVE TM NDE
[1]
NOTE 2 A detailed description of estimating the combined standard thermal uncertainty is given in ISO 16015 .
3.7
d
X1, 60
range of displacement in the direction of the X axis observed at position P (away from the spindle nose) within the
1
first 60 min of the tests for thermal distortion caused by the rotating spindle
3.8
d
X1, t
range of displacement in the direction of the X axis observed at position P (away from the spindle nose) within the
1
total spindle running period, t, of the test for thermal distortion caused by the rotating spindle
1) It is recognized that the ISO terminology requires the term “deviation” instead of the term “error” in this definition. However,
due to the long history of ETVE usage, the committee agreed to keep the term as an exception to the above-mentioned ISO
terminology.
[1]
2) This term is equivalent to “combined standard dimensional uncertainty due to thermal effects” defined in ISO 16015 .
2 © ISO 2001 – All rights reserved
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ISO 230-3:2001(E)
3.9
d
X2, 60
range of displacement in the direction of the X axis observed at position P (close to spindle nose) within the first
2
60 min of the test for thermal distortion caused by the rotating spindle
3.10
d
X2, t
range of displacement in the direction of the X axis observed at position P (close to the spindle nose) within the
2
total spindle running period, t, of the tests for thermal distortion caused by the rotating spindle
3.11
d
Y1, 60
range of displacement in the direction of the Y axis observed at position P (away from the spindle nose) within the
1
first 60 min of the test for thermal distortion caused by the rotating spindle
3.12
d
Y1, t
range of displacement in the direction of the Y axis observed at position P (away from the spindle nose) within the
1
total spindle running period, t, of the test for thermal distortion caused by the rotating spindle
3.13
d
Y2, 60
range of displacement in the direction of the Y axis observed at position P (close to the spindle nose) within the
2
first 60 min of the test for thermal distortion caused by the rotating spindle
3.14
d
Y2, t
range of displacement in the direction of the Y axis observed at position P (close to the spindle nose) within the
2
total spindle running period, t, of the tests for thermal distortion caused by the rotating spindle
3.15
d
Z, 60
range of displacement in the direction of the Z axis within the first 60 min of the test for thermal distortion caused by
the rotating spindle
3.16
d
Z, t
range of displacement in the direction of the Z axis within the total spindle running period, t, of the test for thermal
distortion caused by the rotating spindle
3.17
d
A, 60
range of angular deviation around the X axis within the first 60 min of the test for thermal distortion caused by the
rotating spindle
3.18
d
A, t
range of angular deviation around the X axis within the total spindle running period, t, of the test for thermal
distortion caused by the rotating spindle
3.19
d
B, 60
range of angular deviation around the Y axis within the first 60 min of the test for thermal distortion caused by the
rotating spindle
3.20
d
B, t
range of angular deviation around the Y axis within the total spindle running period, t, of the test for thermal
distortion caused by the rotating spindle
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ISO 230-3:2001(E)
3.21
e1
X, +
total range of thermal drift of the target position 1, in the direction of the X axis for the positive direction, during the
test cycle
3.22
e1
X, �
total range of thermal drift of the target position 1, in the direction of the X axis for the negative direction, during the
test cycle
3.23
e2
X, +
total range of thermal drift of the target position 2, in the direction of the X axis for the positive direction, during the
test cycle
3.24
e2
X, �
total range of thermal drift of the target position 2, in the direction of the X axis for the negative direction, during the
test cycle
3.25
e1
Y, +
total range of thermal drift of the target position 1, in the direction of the Y axis for the positive direction, during the
test cycle
3.26
e1
Y,�
total range of thermal drift of the target position 1, in the direction of the Y axis for the negative direction, during the
test cycle
3.27
e2
Y, +
total range of thermal drift of the target position 2, in the direction of the Y axis for the positive direction, during the
test cycle
3.28
e2
Y,�
total range of thermal drift of the target position 2, in the direction of the Y axis for the negative direction, during the
test cycle
3.29
e1
Z, +
total range of thermal drift of the target position 1, in the direction of the Z axis for the positive direction, during the
test cycle
3.30
e1
Z, �
total range of thermal drift of the target position 1, in the direction of the Z axis for the negative direction, during the
test cycle
3.31
e2
Z, +
total range of thermal drift of the target position 2, in the direction of the Z axis for the positive direction, during the
test cycle
3.32
e2
Z, �
total range of thermal drift of the target position 2, in the direction of the Z axis for the negative direction, during the
test cycle
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ISO 230-3:2001(E)
4 Preliminary remarks
4.1 Measuring units
In this part of ISO 230, all linear dimensions and deviations are expressed in millimetres. All angular dimensions
are expressed in degrees. Angular deviations are, in principle, expressed in ratios but in some cases, microradians
or arcseconds may be used for classification purposes. The equivalent of the following expressions should always
be kept in mind:
0,010/1 000 = 10�rad� 2�
The temperatures are expressed in degrees Celsius (�C).
4.2 Reference to ISO 230-1
To apply this part of ISO 230, reference should be made to ISO 230-1, especially for the installation of the machine
before testing and for the recommended accuracy of the testing equipment.
4.3 Recommended instrumentation and test equipment
The measuring instruments recommended here are only examples. Other instruments capable of measuring the
same quantities and having the same or greater accuracy may be used. The following instrumentation and test
equipment are recommended for clauses 5, 6 and 7:
a) displacement measuring system with adequate range, resolution, thermal stability, and accuracy (for example
laser interferometer for thermal distortion caused by moving linear axes, capacitive, inductive or retractable
contacting displacement sensors for environment testing and thermal distortion caused by rotating spindles);
b) temperature sensors (for example thermocouple, resistance or semiconductor thermometer) with sufficient
resolution and accuracy;
c) data acquisition equipment, such as a multi-channel chart recorder which continuously monitors and plots all
3)
channels, or a computer-based system in which all channels are sampled at least once every 5 min , and
data is stored for subsequent analysis;
NOTE Manual data processing is permissible if a computer system is not available.
d) test-mandrel, preferably made of steel with the design to be specified in machine-specific standards or agreed
between supplier/manufacturer and user, see ISO 230-1:1996, clause A.3;
e) fixture in which to mount the displacement transducers, constructed preferably from steel with the design to be
specified in machine-specific standards or agreed between supplier/manufacturer and user. The design should
minimize local distortions caused by temperature gradients in the fixture.
When necessary and practicable, the axial displacement transducer (see Figures 1, 2 and 3) may be placed
directly against the spindle nose to eliminate the effect of the thermal expansion of the test mandrel.
Long-term accuracy of the measuring equipment shall be verified, for example, by transducer drift tests (see
clause A.5).
The measuring instruments shall be thermally stabilized before starting the tests.
3) Some temperature compensation systems exhibit cycle times shorter than 5 min. In such cases, the frequency for
monitoring should be increased accordingly.
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ISO 230-3:2001(E)
4.4 Machine conditions prior to testing
The machine shall be completely assembled and fully operational in accordance with the supplier's/manufacturer's
instructions which must be recorded. All necessary levelling operations, geometric alignment and functional checks
shall be completed satisfactorily before starting the tests.
The machine shall be powered up with auxiliary services operating and axes in “Hold” position, with no spindle
rotation, for a period sufficient to stabilize the effects of internal heat sources as specified by the
supplier/manufacturer or as indicated by the test instrumentation. The machine and the measuring instruments
shall be protected from draughts and external radiation such as those from overhead heaters or sunlight, etc.
All tests shall be carried out with the machine in the unloaded condition. Where a machine involves rotating both
the workpiece and the tool on separate spindles, the tests described in clauses 5 and 6 shall be carried out for
each spindle with respect to a common fixed location on the machine structure. If any hardware or software based
compensation capability or facilities for minimizing thermal effects, such as air or oil showers, are available on the
machine tool they shall be used during the tests and the usage of these facilities shall be recorded.
4.5 Testing sequence
The tests described in clauses 5, 6 and 7 may be used either singly or in any combination. When used in
combination, they should be executed in the same sequence as they are given in this part of ISO 230.
4.6 Test environment temperature
According to ISO 1, all dimensional measurements shall be made when the measuring instruments and the
measured objects (for example machine tool) are in equilibrium with the environment where the temperature is kept
at 20 °C. If the environment is at a temperature other than 20 °C, nominal differential thermal expansion (NDE)
correction between the measurement system and the measured object (machine tool) has to be made to correct
the results to correspond to 20 °C. For example, in a typical linear displacement measurement using laser
interferometer, ambient temperature around the laser beam and the temperature of machine scale should be
recorded during the measurements. The expected length change of the laser interferometer (due to change in laser
wavelength as a function of the ambient temperature and pressure) and that of the machine scale (as a response
to its temperature) shall be calculated. The difference between these two length expansions is calculated as NDE
and used to correct the raw measurement data from the laser interferometer to determine the linear displacement
deviations at 20 °C. However, in this part of ISO 230, since the aim is to identify the machine’s behaviour under
possibly varying environmental temperature conditions, the requirement for NDE corrections is relaxed. NDE
correction is allowed only between the test equipment and the part of the machine where the workpiece is usually
located. Built in NDE correction used for the normal operation of machine tool shall be used; additional NDE
correction just for the measurements shall not be used to correct the thermal distortions of machine scales.
5 Environmental temperature variation error (ETVE) test
5.1 General
Environmental temperature variation error (ETVE) tests are designed to reveal the effects of environmental
temperature changes on the machine and to estimate the thermally induced error during other performance
measurements. They shall not be used for machine comparison. ETVE shall be determined by the drift test using
the procedure described in 5.2. If the correct operation of the measuring instrument requires compensation for
environment factors such as air temperature and pressure, then these shall be used. If the measuring instrument
incorporates facilities for NDE correction then these facilities should be used, provided that the material
temperature sensor is placed on the part of the machine where the workpiece is normally located. The use of such
facilities shall be recorded.
It is recommended that the supplier/manufacturer offer guidelines regarding the thermal environment which can be
considered as acceptable for the machine to perform with the specified accuracy. Such general guidelines could
contain, for example, a specification on the mean room temperature, maximum amplitude and frequency range of
deviations from this mean temperature and environmental thermal gradients. It is the user's responsibility to provide
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ISO 230-3:2001(E)
an acceptable thermal environment for the operation and the performance testing of the machine tool at the
installation site. However, if the user follows the guidelines provided by the machine supplier/manufacturer, the
responsibility for machine performance according to the specifications reverts to the machine
supplier/manufacturer.
The total uncertainty in the performance measurements of the machine tool caused by the thermal effects is
defined as the combined standard thermal uncertainty. The combined standard thermal uncertainty (see 3.6) can
be estimated with the help of the described test, when the environmental conditions during the performance
measurement and the ETVE test are comparable. It shall not exceed an amount that is mutually agreed between
the user and the supplier/manufacturer.
5.2 Test method
Figures
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 230-3
Première édition
2001-03-01
Code d'essai des machines-outils —
Partie 3:
Évaluation des effets thermiques
Test code for machine tools —
Part 3: Determination of thermal effects
Numéro de référence
ISO 230-3:2001(F)
©
ISO 2001
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ISO 230-3:2001(F)
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ISO 230-3:2001(F)
Sommaire Page
Avant-propos.iv
Introduction.v
1 Domaine d'application.1
2Références normatives .1
3Termesetdéfinitions.2
4 Remarques préliminaires.5
4.1 Unités de mesure.5
4.2 Références à l'ISO 230-1 .5
4.3 Instruments et équipements d'essai recommandés .5
4.4 État de la machine avant essai.6
4.5 Ordre des essais.6
4.6 Température de l'environnement d'essai.8
5 Essai d'erreur de variation de température ambiante (ETVE).9
5.1 Généralités .9
5.2 Méthode d'essai .9
5.3 Interprétation des résultats .10
5.4 Présentation des résultats.12
6Déformation thermique due à une broche en rotation.12
6.1 Généralités .12
6.2 Méthode d'essai .12
6.3 Interprétation des résultats .15
6.4 Présentation des résultats.15
7Déformation thermique due aux déplacements le long des axes linéaires.17
7.1 Généralités .17
7.2 Méthode d'essai .17
7.3 Interprétation des résultats .21
7.4 Présentation des résultats.21
Annexe A (informative) Informations sur les transducteurs de déplacement .23
Annexe B (informative) Lignes directrices sur le nombre de transducteurs de déplacement nécessaire.28
Annexe C (informative) Lignes directrices sur l'environnement thermique des machines-outils .34
Bibliographie .36
© ISO 2001 – Tous droits réservés iii
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ISO 230-3:2001(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 confiéeaux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de fairepartie ducomité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments delaprésente partie de l’ISO 230 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.
La Norme internationale ISO 230-3 a étéélaborée par le comité technique ISO/TC 39, Machines-outils,
sous-comité SC 2, Conditions de réception des machines travaillant par enlèvement de métal.
L'ISO 230 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Code d'essai des machines-outils:
— Partie 1: Précision géométrique des machines fonctionnant à vide ou dans des conditions de finition
— Partie 2: Détermination delaprécision et de la répétabilité de positionnement des axes en commande
numérique
— Partie 3: Évaluation des effets thermiques
— Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à commande numérique
— Partie 5: Déterminationdel’émission sonore
— Partie 6: Essai de déplacement en diagonale
Les annexes A àCdelaprésente partie de l’ISO 230 sont données uniquement à titre d’information.
iv © ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO 230-3:2001(F)
Introduction
Le but de l'ISO 230 est de normaliser des méthodes d'essai pour vérifier la précision des machines-outils, à
l'exception des outils alimentés.
La présente partie de l'ISO 230 spécifie les procédures d'essais à suivre afin de déterminer les effets thermiques
dus à toutes sortes d'apports calorifiques et ayant pour résultat une déformation de la structure d'une machine-outil
ou d'un système de positionnement. C'est un fait reconnu que la déformation thermoélastique limite d'une
machine-outil est étroitement liée aux conditions d'utilisation. Les conditions d'essai décrites dans la présente
partie de l'ISO 230 ne sont pas sensées simuler des conditions d'utilisation normales, mais doivent faciliter
l'évaluation des performances et déterminer les effets de l'environnement sur les performances de la machine.
L'utilisation de produits réfrigérants, par exemple, peut affecter de manière significative les réactions thermiques
d'une machine-outil. C'est pourquoi, il convient de considérer ces essais uniquement comme des essais
préparatoires à la détermination du comportement thermoélastique réel d'une machine-outil si une telle
détermination s'avère nécessaire dans le cadre de la caractérisation des machines. Les essais sont destinés à
mesurer les déplacements relatifs entre le dispositif de maintien de l'outil et le dispositif de maintien des pièces à
usiner dus à la dilatation ou la contraction thermique des éléments clés de la structure.
Les essais décritsdanslaprésente partie de l'ISO 230 peuvent servir aux essais de différents types de machines-
outils (essai de type) ou d'une machine-outil individuelle à des fins de réception. Lorsque des essais de réception
sont prescrits, il incombe à l'utilisateur, en concertation avec le fournisseur/fabricant, de sélectionner les essais
relatifs aux caractéristiques des composants de la machine ayant un intérêt. Le simple fait de se référer à la
présente partie du code d'essai pour les essais de réception, sans accord sur les parties à appliquer et les charges
appropriées, ne peut en aucun cas être considéré comme contraignant pour l'une ou l'autre des parties
contractantes. Une caractéristique significative de la présente partie de l'ISO 230 est l'importance qu'elle donne
aux effets thermiques environnementaux sur les essais de performance relatifs à la mesure des déplacements
linéaires (tels que l'exactitude des déplacements linéaires, la répétabilité et les essais de circularité)décrits dans
les autres parties de l'ISO 230. Il est recommandé que les fournisseurs/fabricants donnent des spécifications sur
l'environnement thermique dans lequel la machine doit fonctionner avec l'exactitude spécifiée. Il convient que
l'utilisateur de la machine assure un environnement adapté aux essais en se conformant aux lignes directrices sur
les conditions thermiques fournies par le fournisseur/fabricant ou, dans le cas contraire, qu'il accepte une réduction
des performances. Un exemple de lignes directrices en matière d'environnement thermique est donné dans
l’annexe C.
En cas d'incertitude ou de variation excessive des performances de la machine-outil dues à un environnement
thermique non conforme aux lignes directrices du fournisseur/fabricant sur les conditions thermiques, il est prescrit
d'accepter un écart par rapport à l'exactitude attendue. En cas de non-conformité de la machine aux spécifications
de performance, l'analyse de l'incertitude thermique type combinéepeut aider à identifier la source du problème.
[1]
L'incertitude thermique type combinéeest définie en 3.6 ainsi que dans l’ISO 16015 .
© ISO 2001 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 230-3:2001(F)
Code d'essai des machines-outils —
Partie 3:
Évaluation des effets thermiques
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 230 définit trois essais qui sont:
� l’essai d'erreur due à des variations de la température ambiante (ETVE);
� l’essai de déformation thermique due à une broche en rotation;
� l’essai de déformation thermique due au mouvement le long d'un axe linéaire.
Les essais de déformation thermique due à un mouvement linéaire (voir article 7) s'appliquent uniquement aux
machines à commande numérique (CN) et sont destinés à mesurer les effets des dilatations et contractions
thermiques d'un axe sur l'exactitude du positionnement et sur la répétabilité. Pour des raisons pratiques, les
méthodes d'essai décrites dans l'article 7 s'appliquent à des machines à axes linéaires d'une longueur inférieure ou
égale à 2 000 mm. Si ces essais sont réalisés sur des machines dont les axes dépassent 2 000 mm de long, il est
recommandé de déterminer pour les essais une longueur représentative de 2 000 mm dans la plage normale de
chaque axe.
Il convient de noter qu'il n'est pas prévu de fixer des valeurs de tolérances pour les essais décrit dans la présente
partie de l'ISO 230.
2Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 230. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 230 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 1:1975, Température normale de référence des mesures industrielles de longueur.
ISO 230-1:1996, Code d'essai des machines-outils — Partie 1: Précision géométrique des machines fonctionnant à
vide ou dans des conditions de finition.
ISO 230-2:1997, Code d'essai des machines-outils — Partie 2: Déterminationdela précision et de la répétabilité
de positionnement des axes en commande numérique.
ISO 230-4:1996, Code d'essai des machines-outils — Partie 4: Essais de circularité des machines-outils à
commande numérique.
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ISO 230-3:2001(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 230, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
échelle de machine
système de mesure intégréà la machine indiquant la position linéaire ou angulaire de l'axe de la machine
3.2
dilatation thermique différentielle nominale
NDE
différence entre la dilatation estiméed'unobjet mesuré et celle de l'équipement d'essai due à leur température
différente de 20 °C
3.3
incertitude due à la dilatation thermique différentielle nominale
u
NDE
incertitude combinée due aux incertitudes sur les coefficients de dilatation thermique de l'objet mesuré et à celle de
l'équipement d'essai
NOTE Elle est calculée en prenant la racine carrée delasomme des carrés des incertitudes de la dilatation nominale de
l'objet mesuré et de l'équipement d'essai.
3.4
erreur de variation de température ambiante
1)
ETVE
estimation de l'éventuelle incertitude de mesure maximale due uniquement aux variations de la température
ambiante pendant une quelconque durée de temps pendant laquelle une mesure de performance est réaliséesur
une machine-outil
NOTE La notation ETVE indique que la valeur ETVE est obtenue le long de l'axe des Z et que la valeur correspond
(Z, 8°C)
à une variation de température ambiante de 8 °C.
3.5
incertitude due à l'erreur de variation de température ambiante
u
ETVE
incertitude type des mesures de performances due aux effets des variations de température ambiante sur la
machine
NOTE 1 Elle est calculée en prenant la racine carréeducarré de l’ETVE divisée par 12.
NOTE 2 L'essai d'environnement conformément à l'article 5 constitue la base de l'estimation de cette incertitude pour une
machine-outil.
3.6
2)
incertitude thermique type combinée
u
CT
incertitude combinée des mesures de longueur due à un environnement qui est à une température différente de
20 °C constante et uniforme
1) Il est reconnu que la terminologie ISO prescrit le terme «écart» au lieu de «erreur». Toutefois, le comité technique a
accepté de garder le terme comme une exception à la terminologie ISO susmentionnée en raison de l'ancienneté du terme
ETVE.
2) Ce terme est équivalent à«incertitude dimensionnelle type combinée due aux effets thermiques» définie dans
[1]
l’ISO 16015 .
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ISO 230-3:2001(F)
NOTE1 Il s'agit de laracinecarréedela somme descarrés de l'incertitude due à l'erreur de variation de température
ambiante (u ), de l'incertitude des mesures de températures (u ) et de l'incertitude due à la dilatation thermique
ETVE TM
différentielle nominale (u ).
NDE
[1]
NOTE 2 Une description détaillée de l'estimation de l'incertitude thermique type combinée est fournie dans l’ISO 16015 .
3.7
d
X1, 60
étendue du déplacement observéeau point P (loin du nez de broche) dans la direction de l’axe X pendant les
1
premières 60 min de l'essai de déformation thermique due à la broche en rotation
3.8
d
X1, t
étendue du déplacement observéeaupoint P (loin du nez de broche) dans la direction de l’axe X pendant toute la
1
période t de fonctionnement de la broche pendant l'essai de déformation thermique due à la broche en rotation
3.9
d
X2, 60
étendue du déplacement observéeaupoint P (proche du nez de broche) dans la direction de l’axe X pendant les
2
premières 60 min de l'essai de déformation thermique due à la broche en rotation
3.10
d
X2, t
étendue du déplacement observéeaupoint P (proche du nez de broche) dans la direction de l’axe X pendant
2
toute la période t de fonctionnement de la broche pendant l'essai de déformation thermique due à la broche en
rotation
3.11
d
Y1, 60
étendue du déplacement observéeau point P (loin du nez de broche) dans la direction de l’axe Y pendant les
1
premières 60 min de l'essai de déformation thermique due à la broche en rotation
3.12
d
Y1, t
étendue du déplacement observéeaupoint P (loin du nez de broche) dans la direction de l’axe Y pendant toute la
1
période t de fonctionnement de la broche pendant l'essai de déformation thermique due à la broche en rotation
3.13
d
Y2, 60
étendue du déplacement observéeaupoint P (proche du nez de broche) dans la direction de l’axe Y pendant les
2
premières 60 min de l'essai de déformation thermique due à la broche en rotation
3.14
d
Y2, t
étendue du déplacement observéeaupoint P (proche du nez de broche) dans la direction de l’axe Y pendant
2
toute la période t de fonctionnement de la broche pendant l'essai de déformation thermique due à la broche en
rotation
3.15
d
Z, 60
étendue du déplacement dans la direction de l’axe Z pendant les premières 60 min de l'essai de déformation
thermique due à la broche en rotation
3.16
d
Z, t
étendue du déplacement dans la direction de l’axe Z pendant toute la période t de fonctionnement de la broche
pendant l'essai de déformation thermique due à la broche en rotation
© ISO 2001 – Tous droits réservés 3
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ISO 230-3:2001(F)
3.17
d
A, 60
étendue de l'écart angulaire autour de l'axe des X pendant les premières 60 min de l'essai de déformation
thermique due à la broche en rotation
3.18
d
A, t
étendue de l'écart angulaire autour de l'axe des X pendant toute la période t de fonctionnement de la broche
pendant l'essai de déformation thermique due à la broche en rotation
3.19
d
B, 60
étendue de l'écart angulaire autour de l'axe des Y pendant les premières 60 min de l'essai de déformation
thermique due à la broche en rotation
3.20
d
B, t
étendue de l'écart angulaire autour de l'axe des Y pendant toute la période t de fonctionnement de la broche
pendant l'essai de déformation thermique due à la broche en rotation
3.21
e1
X, �
étendue totale de la dérive thermique au point visé 1 dans la direction de l’axe X dans le sens positif, pendant le
cycle d'essai
3.22
e1
X, �
étendue totale de la dérive thermique au point visé 1 dans la direction de l’axe X dans le sens négatif, pendant le
cycle d'essai
3.23
e2
X, �
étendue totale de la dérive thermique au point visé 2 dans la direction de l’axe X dans le sens positif, pendant le
cycle d'essai
3.24
e2
X, �
étendue totale de la dérive thermique au point visé 2 dans la direction de l’axe X dans le sens négatif, pendant le
cycle d'essai
3.25
e1
Y,�
étendue totale de la dérive thermique au point visé 1 dans la direction de l’axe Y dans le sens positif, pendant le
cycle d'essai
3.26
e1
Y,�
étendue totale de la dérive thermique au point visé 1 dans la direction de l’axe Y dans le sens négatif, pendant le
cycle d'essai
3.27
e2
Y,�
étendue totale de la dérive thermique au point visé 2 dans la direction de l’axe Y dans le sens positif, pendant le
cycle d'essai
4 © ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO 230-3:2001(F)
3.28
e2
Y,�
étendue totale de la dérive thermique du point visé 2 dans la direction de l’axe Y dans le sens négatif, pendant le
cycle d'essai
3.29
e1
Z, �
étendue totale de la dérive thermique au point visé 1 dans la direction de l’axe Z dans le sens positif, pendant le
cycle d'essai
3.30
e1
Z, �
étendue totale de la dérive thermique au point visé 1 dans la direction de l’axe Z dans le sens négatif, pendant le
cycle d'essai
3.31
e2
Z, �
étendue totale de la dérive thermique au point visé 2dans ladirection de l’axe Z dans le sens positif, pendant le
cycle d'essai
3.32
e2
Z, �
étendue totale de la dérive thermique au point visé 2 dans la direction de l’axe Z dans le sens négatif, pendant le
cycle d'essai
4 Remarques préliminaires
4.1 Unités de mesure
Dans la présente partie de l'ISO 230, toutes les dimensions et tous les écarts linéaires sont exprimésen
millimètres. Tous les angles sont exprimés en degrés. Les écarts angulaires sont, en principe, exprimésen fraction
mais des microradians ou des secondes d'arc peuvent être utilisés dans certains cas pour des raisons de
classification. Il convient toujours de se rappeler les équivalences suivantes:
0,010/1 000 = 10�rad� 2�
Les températures sont exprimées en degrésCelsius (°C).
4.2 Références à l'ISO 230-1
Pour l'application de la présente partie de l'ISO 230, il convient de se référer à l'ISO 230-1, notamment pour ce qui
concerne l'installation des machines avant essais et l'exactitude recommandée des appareils de contrôle.
4.3 Instruments et équipements d'essai recommandés
Les instruments de mesures recommandés dans le présent paragraphe sont uniquement donnés à titre d'exemple.
D'autres instruments, qui permettent de mesurer les mêmes grandeurs et qui ont une exactitude égale ou
supérieure, peuvent être utilisés. Les instruments et équipements d'essai suivants sont recommandés pour les
articles 5, 6 et 7:
a) système de mesure de déplacement ayant une étendue, une résolution, la stabilité thermique et une
exactitude appropriées (par exemple interféromètre à laser pour les déformations thermiques dues aux
déplacements le long d'un axe linéaire, capteurs de déplacement par contact capacitif, inductif ou rétractable
pour les essais d'environnement et les déformations thermiques dues à des broches rotatives);
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ISO 230-3:2001(F)
b) capteurs de température (par exemple thermocouple, thermomètre à résistance électrique, ou à semi-
conducteur) d'une résolution et d'une exactitude suffisantes;
c) équipements d'acquisition de données, tels qu'un enregistreur de diagramme multicanal qui surveille et trace
continuellement tous les canaux, ou un système informatique qui recueille les données de tous les canaux au
3)
moins une fois toutes les 5 min et qui sauvegarde ces données pour une analyse ultérieure;
NOTE Le traitement manuel des données est admis si aucun système informatique n'est disponible.
d) mandrins d'essai, de préférence en acier et conçuconformément aux spécifications de la norme spécifique à
la machine ou par accord conclu entre le fournisseur/fabricant et l'utilisateur, voir l'ISO 230-1:1996, article A.3;
e) dispositifs de fixation des transducteurs de déplacements, fabriquésdepréférence en acier et conçu
conformément aux spécifications de la norme spécifique à la machine ou par accord conclu entre le
fournisseur/fabricant et l'utilisateur. Il est recommandé que la conception réduise au minimum les déformations
locales dues à des gradients de température dans le dispositif de fixation.
Si nécessaire et réalisable, il est admis de placer le transducteur de déplacement axial directement contre la tête
de broche (voir Figures 1, 2 et 3) afin d'éliminer les effets de dilatation thermique du mandrin d'essai.
L'exactitude à long terme du matériel de mesure doit être vérifiée, par exemple par des essais de dérives des
transducteurs (voir article A.5).
Les instruments de mesure doivent être stabilisés thermiquement avant de commencer les essais.
4.4 État de la machine avant essai
La machine doit être complètement assembléeet être en ordre de marche conformément aux instructions du
fournisseur/fabricant qui doivent être consignées. Toutes les opérations nécessaires de nivellement, d'alignement
géométrique et les contrôles fonctionnels doivent avoir été effectués de manière satisfaisante avant le début des
essais.
La machine doit être mise sous tension, tous les services auxiliaires étant en fonctionnement et les axes en
position «Arrêt», sans rotation de la broche, pendant une période suffisamment longue pour stabiliser les effets
d'une source interne de chaleur conformément aux spécifications du fournisseur/fabricant ou selon les indications
des instruments d'essai. La machine et les instruments de mesure doivent être protégés des courants d'air et des
rayonnements extérieurs tels que ceux provenant de radiateurs aériens, du soleil, etc.
Tous les essais doivent être réalisé sur la machine à vide. Lorsque le fonctionnement de la machine implique la
rotation de la pièce à usiner et de l'outil sur des broches séparées, les essais décrits dans les articles 5 et 6 doivent
être réalisés pour chaque broche par rapport à un point de référence fixe commun sur la structure de la machine.
Si des moyens ou des installations de compensation (matériels ou informatiques) destinés à réduire au minimum
les effets thermiques, tels que des projections d'air ou d'huile, sont disponibles sur la machine-outil, ces
installations doivent être utilisées pendant les essais et leur utilisation doit être consignée.
4.5 Ordre des essais
Les essais décrits dans les articles 5, 6 et 7 peuvent être réaliséssoit séparément, soit ensembles. S'ils sont
combinés, il convient de les réaliser dans l'ordre dans lequel ils sont donnés dans la présente partie de l’ISO 230.
3) Certains systèmes de compensation de température ont des cycles inférieurs à 5 min. Dans ce cas, il convient d’augmenter
la fréquence de la surveillance en conséquence.
6 © ISO 2001 – Tous droits réservés
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ISO 230-3:2001(F)
Légende
1 Capteur de température d'air ambiant 4 Transducteurs de déplacement
2 Capteur de température du palier de broche 5 Montage
3 Mandrin d'essai 6 Montage boulonnéà la table
Figure 1 — Installation type pour essai d'ETVE et de déformation thermique de la structure due à une
broche en rotation sur une machine à broche verticale
Légende
1 Capteur de température d'air ambiant
2 Capteur de température du palier de broche
Figure 2 — Installation type pour essai d'ETVE et de déformation thermique de la structure due à une
broche en rotation sur une machine à broche horizontale
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ISO 230-3:2001(F)
Légende
1 Capteur de température d'air ambiant 5 Montage
2 Capteur de température du palier de broche 6 Tourelle
3 Mandrin d'essai 7 Mandrin de serrage
4 Transducteurs de déplacement
Figure 3 — Installation type pour essai d'ETVE et de déformation thermique de la structure due à une
broche en rotation sur un centre de tournage à banc incliné
4.6 Température de l'environnement d'essai
Conformément à l’ISO 1, toutes les mesures de dimensions doivent être réalisées lorsque les instruments de
mesure et les objets mesurés (par exemple la machine-outil) sont en équilibre thermique avec l'environnement
dont la température est maintenue à 20 °C. Si l'environnement est à une température différentede20 °C, il faut
appliquer la correction pour la dilatation thermique différentielle nominale (NDE) entre le système de mesurage et
l'objet mesuré (la machine-outil) afin de présenter les résultats corrigés à
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.