Tolleranze geometriche: indicazioni ausiliarie a disegno

La normativa ISO/GPS 1101 ha introdotto a partire dalla versione del 2012 (aggiornata con delle correzioni nel 2013) alcuni strumenti che hanno lo scopo di rendere la specifica geometrica di prodotto nel disegno tecnico non ambigua in alcune particolari situazioni. Tali strumenti sono stati essenzialmente confermati nell’ultima versione della normativa ISO 1101, quella del 2017, estendendone in alcuni casi la funzionalità.

Gli strumenti a cui stiamo facendo riferimento prendono il nome di:

• “Intersection Plane”,
• “Orientation Plane”,
• “Direction Feature” e
• “Collection Plane”.

I relativi simboli con i quali questi strumenti sono espressi a disegno sono riportati in Fig.1:

Fig. 1. Simbologia adottata nella normativa ISO 1101-2017 per identificare alcuni degli strumenti ausiliari che la normativa stessa mette a disposizione.

Probabilmente, a molti lettori che frequentano questa newsroom tali simboli non dicono assolutamente niente. In effetti non è così frequente imbattersi in queste indicazioni quando si è chiamati a leggere e/o discutere nel merito dei disegni tecnici. Però…

attenzione!

Non chiudete l’articolo pensando che l’argomento non sia di vostro interesse. Vi assicuro che nel prossimo futuro si farà ampio utilizzo di tali simboli ed è quindi opportuno conoscerne il significato, il corretto ambito applicativo e la loro interpretazione. Lo scopo dell’articolo è proprio questo.

Intersection Plane

Gli “Intersection Plane” servono per identificare a quale orientamento devono essere valutati i requisiti richiesti ad una linea. Alcuni esempi di applicazione possono essere:

• Requisito di rettilineità (di una linea) su un piano, o, generalizzando, l’applicazione del profilo di linea su una superficie generica e la specifica “all around” per linee su superfici.

Gli “Intersection Plane” possono essere definiti utilizzando le seguenti opzioni (Fig. 2):

• parallelo rispetto ad un Datum,
• perpendicolare rispetto ad un Datum,
• ad una inclinazione definita rispetto al Datum (per qualsiasi angolo diverso da 0° o 90°),
• simmetrico rispetto ad un Datum, i.e. che include il Datum stesso.

Fig. 2. Le quattro possibili modalità di definizione di "Intersection Planes" secondo la ISO 1101-2017.

Vediamo un esempio e cerchiamo di capire quali possano essere le fonti di ambiguità (Fig. 3): alla feature planare superiore è richiesto un controllo di parallelismo rispetto al Datum A. Di default, in questa situazione la tolleranza si intende applicata all’intera feature geometrica. La zona di tolleranza sarà quindi definita da due piani tra loro paralleli, a distanza relativa di 0.1 mm e con l’ulteriore vincolo di restare paralleli al piano ideale A. Fino a qui nessuna fonte di ambiguità...ma come andrebbe modificato lo schema di quotatura se il requisito di parallelismo fosse richiesto solo alle linee (generatrici) della superficie piana superiore?

Fig. 3. Definizione di parallelismo: in mancanza di informazioni ausiliarie il requisito si intende per default richiesto all’intera feature geometrica sulla quale è definita la tolleranza geometrica.

Nella versione della ISO 1101 del 2012 tale requisito veniva soddisfatto aggiungendo il simbolo LE (Line Element) sopra alla tolleranza geometrica. Questo da un lato chiariva il fatto che la feature sulla quale si applicava la tolleranza non era un piano ma un suo elemento, una linea appunto, ma non chiariva lungo quale direzione andasse fatta la valutazione (ad esempio, in Fig. 3, la valutazione del parallelismo potrebbe essere fatta indistintamente in direzione parallela o perpendicolare al Datum B). Questo è il motivo principale per cui il simbolo LE è stato soppiantato nella ISO 1101-2017 dall’utilizzo degli “Intersection Plane” che ne rendono superfluo l’utilizzo. Ad oggi infatti l’unico modo per poter indicare (nel nostro esempio) che il requisito di parallelismo si applica alle linee che appartengono alla feature planare è quello di fornire l’indicazione ausiliaria su quale sia l’”Intersection Plane” da prendere in considerazione. Ad esempio nel caso di Fig. 4 e Fig. 5 l’indicazione degli “Intersection Plane” permette di sapere che le feature da valutare sono delle linee e contemporaneamente permette di conoscere anche la direzione lungo la quale deve essere fatta la valutazione sul rispetto o meno del requisito geometrico (rispettivamente in direzione parallela a B in Fig. 4 e perpendicolare allo stesso B in Fig. 5).

Fig. 4. Definendo l’”Intersection Plane” la tolleranza geometrica si intende applicata ad elementi (linee) della feature geometrica sulla quale è definita in direzione parallela al Datum B in questo caso.

Fig. 5. Definendo l’”Intersection Plane” la tolleranza geometrica si intende applicata ad elementi (linee) della feature geometrica sulla quale è definita in direzione perpendicolare al Datum B in questo caso.

Da notare nel caso di Fig. 5 che i vari “Intersection Plane” hanno un grado di libertà non vincolato, essi possono infatti ruotare attorno alla direzione normale al piano B stesso, restandone sempre perpendicolari. Partendo da questo presupposto, la direzione lungo la quale costruire la zona di tolleranza sembrerebbe non definita in modo univoco se non fosse per il fatto che la normativa stessa impone in questi casi come “default” l’obbligo di considerare la direzione normale (locale) alla feature quotata. Questo comportamento di default può essere alterato utilizzando lo strumento “Direction Feature” (strumento che tratteremo nel prossimo articolo) per imporre una direzione preferenziale di valutazione.

C’è infine da considerare che in alcune situazioni particolari la normativa ISO 1101-2017 prevede l’applicazione degli “Intersection Plane” in modo implicito (non vanno cioè indicati in modo esplicito nel disegno tecnico). Tali casistiche si riferiscono a:

• Rettilineità applicata ad una superficie cilindrica: in questo caso è implicito che le feature da tollerare sono le generatrici della superficie cilindrica stessa e che l’”Intersection Plane” è il piano passante per l’asse del cilindro.
• Circolarità applicata ad una sfera o ad un cilindro: implicitamente, nel primo caso l’”Intersection Plane” contiene il punto centrale derivato dalla sfera, nel secondo caso è perpendicolare all’asse derivato dal cilindro.

In tutti gli altri casi è necessario definire l’”Intersection Plane” in modo esplicito.

Orientation Plane

Gli “Orientation Plane” servono per definire in modo non ambiguo l’orientamento della zona di tolleranza in alcuni casi particolari. Il loro ambito di applicazione per la ISO 1101 è limitato ai seguenti casi:

• la feature sulla quale è applicata la tolleranza è una linea mediana o un punto mediano e l’ampiezza della zona di tolleranza è limitata da due piani tra loro paralleli; oppure la feature sulla quale è applicata la tolleranza è un punto mediano e la zona di tolleranza è di forma cilindrica (esempio classico di linea mediana è l’asse derivato da un foro cilindrico. Esempio di un punto mediano è il centro derivato da una superficie sferica).

Vediamo un esempio, (Fig. 6 – il disegno tecnico volutamente non è completo e si limita a riportare solo le specifiche geometriche strettamente necessarie per descrivere il concetto “Orientation Plane”) chiedendoci perché l’orientamento della zona di tolleranza (parallelismo in questo caso) dovrebbe essere ambiguo:

Fig. 6. Orientamento della zona di tolleranza di parallelismo ambiguo per la ISO 1101-2017.

• prima osservazione: siamo in una situazione che soddisfa l’ambito di applicazione precedentemente descritto (la feature tollerata è infatti una linea mediana e la zona di tolleranza è definita da due piani tra loro paralleli). Ne segue che il concetto di “Orientation Plane” è applicabile.
  
  
• il Datum A è un asse (ideale) derivato dalla superficie cilindrica del foro con diametro 20 mm,
  
  
• all’asse derivato dal foro di diametro nominale 30 mm viene richiesto di restare all’interno di una certa zona di tolleranza. Tale zona è definita da due piani tra di loro paralleli e distanti 0.1 mm (forma e dimensione della zona di tolleranza). Inoltre, tale coppia di piani ha l’ulteriore vincolo di restare parallela al Datum A (orientamento della zona di tolleranza). La zona di tolleranza (parallelismo) non ha altri requisiti da soddisfare; la potenziale ambiguità nasce dal fatto che ci sono un numero infinito di zone di tolleranza che soddisfano i requisiti precedenti nello spazio tridimensionale. Per esempio, la zona di tolleranza potrebbe essere orientata in direzione verticale, oppure orizzontale, oppure ancora lungo la congiungente tra gli assi nominali dei due fori (Fig. 7):

Fig. 7. Tutte le zone di tolleranza possono potenzialmente essere utilizzate per il controllo di parallelismo.

Inoltre, osservando in dettaglio le zone di tolleranza, si può notare che per come sono definite esse permettono di controllare l’orientamento della feature “quotata” solo nella direzione perpendicolare ai due piani che costituiscono la zona stessa; parallelamente agli stessi infatti la deviazione di orientamento non subisce restrizioni.

Alla luce di queste osservazioni risulta quindi di fondamentale importanza avere a disposizione uno strumento affidabile per completare la specifica geometrica di prodotto e renderla non ambigua. Immaginate infatti le potenziali ripercussioni in sede di controllo qualità (che cosa sta’ misurando il metrologo???). A dirla tutta, in passato la regola prevedeva di orientare la zona di tolleranza in base alle frecce che caratterizzavano la dimensione della feature (nella Fig. 7 l’orientamento corretto da prendere in considerazione sarebbe stato quindi quello verticale, rappresentato dalla zona di tolleranza azzurra). Purtroppo (o per fortuna?!?) tale regola non è più in vigore da quando è stato introdotto lo strumento degli “Orientation Plane”: attenzione che la norma non consiglia il loro utilizzo, ma ci obbliga a farlo (se vogliamo avere disegni tecnici conformi allo standard ISO/GPS)!

Un “Orientation Plane” può essere definito attraverso tre differenti opzioni:

• parallelo rispetto ad un Datum,
• perpendicolare rispetto ad un Datum,
• ad una inclinazione definita rispetto al Datum (per qualsiasi angolo diverso da 0° o 90°); in quest’ultimo caso l’inclinazione della zona di tolleranza rispetto all’”Orientation Plane” va indicata a disegno tramite l’utilizzo di una TED (Theoretically Exact Dimension) angolare.

Figure 3. Le tre possibili modalità di definizione di "Orientation Plane" secondo la ISO 1101-2017.

Figure 4. Utilizzo dello strumento “Orientation Plane” per orientare la zona di tolleranza in direzione parallela al Datum B.

Figure 5. Utilizzo dello strumento “Orientation Plane” per orientare la zona di tolleranza in direzione perpendicolare al Datum B.

Figure 6. Utilizzo dello strumento “Orientation Plane” per orientare la zona di tolleranza ad una determinata inclinazione rispetto al Datum B.

Per il momento è tutto ma continuate a seguirci, nelle prossime settimane andremo a trattare il tema delle “Direction Feature” e delle “Collection Feature” assieme a molte altre indicazioni ausiliarie previste dalla normativa ISO/GPS che potrebbero essere utili nell’interpretare disegni tecnici piuttosto ostici in arrivo dai nostri clienti/fornitori oppure per riuscire a definire quel particolare requisito che nei disegni della nostra azienda è sempre stato espresso con una nota testuale perché...si è sempre fatto così!!!