Tolleranze geometriche ISO 1101: simboli, riferimenti e come si leggono

In breve

Le tolleranze geometriche dicono che forma, orientamento e posizione deve avere un elemento, non solo quanto è grande. La ISO 1101 prevede 14 caratteristiche in quattro famiglie: forma (rettilineità, planarità, circolarità, cilindricità, profilo di linea e di superficie), orientamento (parallelismo, perpendicolarità, inclinazione), posizione (localizzazione, concentricità e coassialità, simmetria) e oscillazione (circolare e totale).

Il riquadro si legge da sinistra: simbolo, ampiezza della zona in millimetri, con Ø davanti se la zona è cilindrica, e lettere dei riferimenti. Le tolleranze di forma non hanno riferimenti; orientamento, posizione e oscillazione sì, e i riferimenti dicono anche come appoggiare il pezzo per misurarlo.

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Un pezzo può avere tutte le quote giuste al centesimo ed essere impossibile da montare: un albero un po’ a banana, un foro storto, due facce che dovevano essere parallele e non lo sono. Le quote con il ± non lo vedono, perché controllano la dimensione e basta. Per dire che forma deve avere il pezzo, e dove deve stare ogni elemento rispetto agli altri, servono le tolleranze geometriche.

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Tolleranza dimensionale e tolleranza geometrica

Una quota come Ø 20 ±0,05 controlla la dimensione: misuri il diametro in più punti con il micrometro e ogni misura deve stare tra 19,95 e 20,05 mm. Sulla forma non dice niente: un perno a botte o leggermente curvo può superare lo stesso il controllo. La tolleranza geometrica definisce invece una zona, per esempio due piani paralleli, due cerchi concentrici o un cilindro, dentro cui l’elemento reale deve stare per intero.

Nel sistema ISO dimensione e geometria sono indipendenti, salvo indicazione contraria: è il principio di indipendenza della ISO 8015. Se il progettista vuole che il pezzo al massimo materiale abbia forma perfetta deve scriverlo con il simbolo Ⓔ, il requisito dell’inviluppo della ISO 14405-1. Nella norma americana ASME Y14.5 vale il contrario, perché l’inviluppo è implicito. Su un disegno conviene sempre guardare quale norma richiama il cartiglio.

I 14 simboli della ISO 1101

FamigliaSimboloCaratteristicaRiferimentoZona di tolleranza
Forma⏤RettilineitàNoDue rette parallele; un cilindro se il valore ha il Ø, per un asse
Forma⏥PlanaritàNoDue piani paralleli
Forma○CircolaritàNoDue cerchi concentrici, sezione per sezione
Forma⌭CilindricitàNoDue cilindri coassiali
Forma o altre⌒Profilo di una lineaFacoltativoDue linee che inviluppano cerchi di diametro t centrati sul profilo teorico
Forma o altre⌓Profilo di una superficieFacoltativoDue superfici che inviluppano sfere di diametro t centrate sulla superficie teorica
Orientamento∥ParallelismoSìDue piani o rette paralleli al riferimento, oppure un cilindro
Orientamento⟂PerpendicolaritàSìDue piani perpendicolari al riferimento, oppure un cilindro
Orientamento∠InclinazioneSìDue piani inclinati dell’angolo teorico rispetto al riferimento
Posizione⌖LocalizzazioneDi solito sìPer un foro, un cilindro di diametro t centrato sulla posizione teorica
Posizione◎Concentricità e coassialitàSìUn cerchio, o un cilindro, centrato sull’asse di riferimento
Posizione⌯SimmetriaSìDue piani simmetrici rispetto al piano mediano di riferimento
Oscillazione↗Oscillazione circolareSìIn ogni sezione, durante un giro attorno all’asse di riferimento
Oscillazione⌰Oscillazione totaleSìSu tutta la superficie, ruotando il pezzo e spostando lo strumento lungo l’asse

I due profili valgono come tolleranza di forma se non hanno riferimenti, di orientamento o di posizione se li hanno. Nella ASME Y14.5 del 2018 concentricità e simmetria sono state tolte; nella ISO 1101 ci sono ancora.

Come si legge il riquadro di tolleranza

Il riquadro è un rettangolo diviso in caselle, collegato con una freccia all’elemento tollerato. Si legge da sinistra:

  1. il simbolo della caratteristica;
  2. l’ampiezza della zona in millimetri, preceduta da Ø se la zona è cilindrica e seguita da eventuali modificatori come Ⓜ;
  3. le lettere dei riferimenti, in ordine di importanza: il primo è quello su cui il pezzo appoggia, il secondo e il terzo lo orientano e lo bloccano.

Un esempio: ⟂ | Ø 0,05 | A su un foro vuol dire che l’asse del foro deve stare dentro un cilindro di 0,05 mm di diametro perpendicolare al riferimento A. Senza il Ø la zona sarebbe tra due piani paralleli distanti 0,05 mm, e si controllerebbe la perpendicolarità in una sola direzione.

I riferimenti (datum)

Nessuna tolleranza di orientamento o di posizione ha senso senza un riferimento: «perpendicolare» rispetto a cosa? Il riferimento è un elemento ideale, un piano, un asse o un punto, ricavato da una superficie reale del pezzo. A disegno è un triangolo collegato a una lettera in un riquadro; le regole sono nella ISO 5459.

In officina il riferimento si simula. Il piano di riscontro fa da riferimento per una faccia, due punte o un mandrino fanno da asse per un albero, una spina calibrata fa da asse per un foro. Per questo, prima di misurare, conviene leggere i riferimenti: dicono come appoggiare e staffare il pezzo, e nella maggior parte dei casi anche come andava piazzato in macchina.

Massimo materiale Ⓜ, minimo materiale Ⓛ e inviluppo Ⓔ

Il requisito di massimo materiale Ⓜ, regolato dalla ISO 2692, si usa soprattutto sulle localizzazioni dei fori che devono montare con viti o spine. Il valore di tolleranza vale quando il foro è al massimo materiale, cioè al diametro minimo; se il foro viene più grande, la zona di posizione cresce della stessa quantità. È il cosiddetto bonus.

Un esempio: foro da 10,0 a 10,1 mm con localizzazione Ø 0,2 Ⓜ rispetto ad A, B e C. Se il foro viene 10,0 la zona di posizione è Ø 0,2; se viene 10,1 diventa Ø 0,3. Il montaggio è garantito comunque e si scartano meno pezzi. Il controllo naturale è un calibro funzionale con spine fisse.

Il minimo materiale Ⓛ fa il contrario: serve a garantire uno spessore minimo di parete, per esempio tra un foro e il bordo del pezzo. L’inviluppo Ⓔ, come visto sopra, lega dimensione e forma: al massimo materiale il pezzo deve avere forma perfetta.

Come si misurano in officina

  • Parallelismo: faccia di riferimento sul piano di riscontro, comparatore su truschino che esplora la faccia opposta. La differenza tra lettura massima e minima è l’errore di parallelismo.
  • Planarità: il pezzo va appoggiato su tre supporti regolabili e livellato prima di esplorare la superficie, altrimenti si misura il parallelismo con la faccia d’appoggio. Con il comparatore si ottiene una stima; la misura rigorosa si fa con una macchina di misura o con livelle elettroniche.
  • Oscillazione: albero tra le punte, o in un mandrino che materializza l’asse di riferimento, comparatore sul diametro e un giro completo. La differenza tra massimo e minimo è l’oscillazione circolare; spostando il comparatore lungo l’asse mentre il pezzo gira si ottiene quella totale.
  • Circolarità: il micrometro vede l’ovalizzazione, ma non i pezzi a tre lobi tipici della rettifica senza centri, che misurati su due punti sembrano tondi. Serve un rotondimetro, o almeno un prisma a V con il comparatore.
  • Localizzazione e profili: in pratica si controllano con una macchina di misura a coordinate, oppure con un calibro funzionale quando c’è Ⓜ.

Come piazzare il comparatore senza errori è spiegato nella guida ai comparatori a leva e a stelo; il riferimento di base, il piano, ha la sua guida sui piani di riscontro.

Tolleranze geometriche generali

Le caratteristiche non indicate a disegno non sono libere. Se nel cartiglio c’è «ISO 2768-mK», la classe K fissa le tolleranze geometriche generali di rettilineità, planarità, perpendicolarità, simmetria e oscillazione. La ISO 2768-2 è stata ritirata nel 2021 e sostituita dalla ISO 22081, che funziona in modo diverso, ma la sigla mK si trova ancora su moltissimi disegni. I valori sono nella guida alle tolleranze generali ISO 2768.

Gli strumenti per le verifiche geometriche

Per le tolleranze di forma e orientamento in officina bastano piano, comparatore e prismi; per localizzazioni e profili serve una macchina di misura.

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Domande frequenti

GD&T e tolleranze geometriche ISO sono la stessa cosa?

Il concetto è lo stesso. GD&T è il nome usato nel sistema americano ASME Y14.5; nel sistema ISO si parla di specifiche geometriche di prodotto (GPS) e la norma dei simboli è la ISO 1101. Simboli e riquadri sono quasi uguali, ma alcune regole cambiano, a partire dal principio di indipendenza.

Che differenza c’è tra oscillazione e concentricità?

L’oscillazione si misura facendo girare il pezzo e somma gli errori di forma e di posizione della superficie. La concentricità riguarda solo i centri delle sezioni rispetto all’asse di riferimento, ed è molto più difficile da misurare. In officina si preferisce quasi sempre indicare l’oscillazione.

La planarità si può controllare con il calibro?

No. Il calibro misura una distanza tra due punti, mentre la planarità chiede di confrontare tutta la superficie con un piano ideale. Servono piano di riscontro e comparatore, o una macchina di misura.

Cosa vuol dire il Ø davanti al valore di tolleranza?

Che la zona di tolleranza è un cilindro. Si usa per gli assi: un foro con localizzazione Ø 0,2 deve avere l’asse dentro un cilindro di 0,2 mm di diametro centrato sulla posizione teorica.

In pratica

Davanti a un disegno con molte tolleranze geometriche si parte dai riferimenti, perché dicono come appoggiare e staffare il pezzo, poi si guarda se c’è il Ø e se c’è Ⓜ. Le tolleranze di forma si controllano con piano e comparatore, quelle di posizione quasi sempre con una macchina di misura o con un calibro funzionale.

Norme di riferimento

  • ISO 1101: simboli e definizioni delle tolleranze geometriche;
  • ISO 5459: riferimenti e sistemi di riferimento;
  • ISO 2692: requisiti di massimo e minimo materiale;
  • ISO 8015: principi fondamentali, tra cui il principio di indipendenza;
  • ISO 14405-1: tolleranze dimensionali e requisito dell’inviluppo;
  • ISO 22081: tolleranze geometriche generali, al posto della ISO 2768-2.

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