Guida pratica: Datum reference frame (DRF)

Quando si parla di tolleranze geometriche è inevitabile dover definire il sistema di riferimento (DRF – Datum Reference Frame) rispetto al quale esse sono espresse. Una specifica geometrica completa e coerente passa attraverso alcune semplici regole nella definizione dei riferimenti, vediamo quali in questo articolo.

L’azienda A vuole che il fornitore B produca il componente in figura 1 e chiede che sia controllata la posizione dei due fori. Come controllare la posizione? E, soprattutto, rispetto a cosa? A queste domande la risposta è Datum Reference Frame (DRF).

Il Datum Reference Frame, sia per la normativa ASME Y14.5 sia per la normativa ISO 5459, è un sistema di tre piani mutualmente ortogonali che permette di posizionare ed orientare correttamente un componente nello spazio. Infatti, tutte le parti di un assieme hanno sei gradi di libertà, tre traslazioni lungo gli assi X, Y e Z, e tre rotazioni attorno ai tre assi.

Per definizione una parte è libera di traslare e ruotare nello spazio, pertanto è necessario identificare sulla parte delle superfici di riferimento (datum features) grazie alle quali si dispone il componente nello spazio in maniera univoca.

Questo processo di “allineamento” è di fondamentale importanza per ottenere delle misure affidabili e ripetibili. Per poter comunicare a chi fa ispezione come posizionare il componente sul piano di controllo il progettista deve esplicitare a disegno il sistema di riferimento, ossia il Datum Referance Frame, ed indicare quali sono le Datum features che orientano correttamente il pezzo nello spazio.

Le Datum features sono indicate nel disegno tecnico, figura 2, tramite delle lettere all’interno di un riquadro collegato alla superficie. Pertanto si vede che la lettera A (Datum primario) è associata alla superficie di appoggio, il Datum B è associato alla superficie di battuta ed infine il Datum C è associato alla superficie di contatto.

Come leggere il disegno tecnico mostrato in figura 2? Molto semplicemente un operatore della qualità prende la leva e l’appoggia sul piano di controllo rispetto al datum A, in questo modo il componente non sarà più libero di traslare lungo la direzione Z (sistema di riferimento cerchiato in rosso nella figura 3), né di ruotare attorno all’asse X e all’asse Y, quindi sono stati bloccati tre gradi di libertà.

Dai sei gradi di libertà iniziali si sottraggono quelli vincolati ottenendo i gradi di libertà ancora da vincolare, ovverosia rimangono tre gradi di libertà, ed infatti sul piano la piastra può ancora slittare liberamente lungo X e Y e può ruotare attorno all’asse Z.

Per bloccare tali movimenti, la leva è messa in battuta rispetto al Datum B, figura 4. Così facendo, la traslazione lungo Y e la rotazione attorno a Z sono bloccate. Dei sei gradi di libertà ne sono stati bloccati cinque in totale, ne manca solo uno. L’operatore crea un contatto per simulare il Datum C in modo tale da vincolare totalmente la parte, figura 5.

In questo modo operazioni di orientamento e posizionamento della parte non sono più scelte liberamente dall’operatore, seguendo l’istinto ed il senso pratico, bensì sono comandate da uno standard conosciuto a livello globale, quindi che sia un fornitore italiano o che sia estero, comunque il pezzo verrà orientato correttamente ed inequivocabilmente nel banco di ispezione permettendo una verifica del corretto posizionamento dei due fori.

Il quesito che sorge è il seguente: come si fa a scegliere correttamente le datum features? Due sono le linee guida generali:

• la prima, come mostrata in figura 2, consiglia di scegliere superfici abbastanza grandi da permettere appoggio, battuta e contatto del componente sul piano di controllo, permettendo di bloccare traslazioni e rotazioni;
  
  
• il secondo invece consiglia di prendere le features che entrano in contatto con le superfici degli altri componenti (interfacce di assemblaggio).

Considerando il caso della leva, tali superfici possono essere i due fori. La quotatura del componente, considerando i due fori come datum referance frame, è rappresentata nella figura 6.

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