Le tolleranze di lavorazione CNC definiscono di quanto una quota lavorata può scostarsi dal suo valore nominale – ad esempio 50 ±0,1 mm. Determinano se i pezzi si accoppiano e funzionano correttamente e incidono direttamente su tempi e costi di lavorazione. Scegliere le tolleranze giuste è quindi uno dei compiti più importanti per progettisti e ingegneri.
Questa guida spiega i tipi di tolleranze e le norme di riferimento, le tolleranze generali secondo ISO 2768, come indicare correttamente tolleranze dimensionali, angolari e di accoppiamento e in che modo la quotatura influisce sull’accumulo delle tolleranze.
Cosa sono le tolleranze di lavorazione CNC?
Una tolleranza è la variazione ammessa di una quota rispetto alla sua dimensione nominale. Nessuna macchina produce un pezzo esattamente alla dimensione nominale: usura dell’utensile, temperatura, serraggio e il materiale stesso causano sempre piccoli scostamenti. Le tolleranze stabiliscono quanto possono essere grandi questi scostamenti, affinché ogni pezzo continui ad accoppiarsi, a funzionare e a essere intercambiabile.
Nella lavorazione CNC le tolleranze si esprimono di solito in millimetri (mm) o micrometri (µm) e vengono indicate sul disegno tecnico o nel modello 3D. Devono conciliare due obiettivi: essere abbastanza strette per la funzione del pezzo, ma il più ampie possibile per mantenere la lavorazione efficiente ed economica.
Tipi di tolleranze nella lavorazione CNC
Nella progettazione dei pezzi si utilizzano cinque tipi di tolleranze. Ognuno controlla una proprietà diversa ed è definito da una propria norma ISO:
| Tipo di tolleranza | Cosa controlla | Norma | Esempio |
|---|---|---|---|
| Tolleranze dimensionali | Lunghezze, diametri, spessori, angoli | ISO 14405-1, tolleranze generali ISO 2768-1 | 50 ±0,1 mm, 90° ±0,5° |
| Tolleranze geometriche (GD&T) | Forma, orientamento, posizione e oscillazione degli elementi | ISO 1101, tolleranze generali ISO 2768-2 | Planarità 0,05 mm |
| Stato della superficie | Rugosità di una superficie | ISO 21920-1 (in precedenza ISO 1302) | Ra 1,6 µm |
| Accoppiamenti | Quanto strettamente si accoppiano un foro e un albero | ISO 286-1 e ISO 286-2 | Ø10 H7/g6 |
| Tolleranze di posizione | Posizione degli elementi rispetto ai riferimenti | ISO 1101, ISO 5459 (riferimenti) | Posizione Ø0,1 rispetto ad A, B, C |
Nel Regno Unito la BS 8888 riunisce queste norme ISO in un unico quadro di riferimento per la documentazione tecnica di prodotto.
Tolleranze geometriche in sintesi
Le tolleranze geometriche controllano la forma e la posizione degli elementi, oltre alla loro dimensione. Ogni caratteristica ha un proprio simbolo, che sul disegno viene inserito in un riquadro di tolleranza:
| Categoria | Caratteristiche | Riferimento necessario? |
|---|---|---|
| Forma | Rettilineità, planarità, circolarità (rotondità), cilindricità | No |
| Orientamento | Parallelismo, perpendicolarità, inclinazione | Sì |
| Posizione | Posizione, concentricità / coassialità, simmetria | Sì (di solito) |
| Oscillazione | Oscillazione circolare, oscillazione totale | Sì |
| Profilo | Profilo di una linea, profilo di una superficie | Facoltativo |
Termini chiave delle tolleranze dimensionali
Termini fraintesi portano a errori di progettazione. Ecco i termini più importanti secondo ISO 286-1:
| Termine | Significato |
|---|---|
| Elemento dimensionale | Un elemento definito da una dimensione lineare o angolare, ad es. il diametro di un foro o la larghezza di una cava |
| Dimensione nominale | La dimensione ideale indicata sul disegno, ad es. Ø10 |
| Dimensione massima e minima ammessa | La dimensione più grande e quella più piccola che l’elemento finito può avere |
| Scostamento superiore | Dimensione massima ammessa meno dimensione nominale (ES per i fori, es per gli alberi) |
| Scostamento inferiore | Dimensione minima ammessa meno dimensione nominale (EI per i fori, ei per gli alberi) |
| Tolleranza | Differenza tra la dimensione massima e quella minima ammessa; sempre positiva |
| Scostamento fondamentale | Lo scostamento più vicino alla dimensione nominale, indicato da una lettera (ad es. H, g) |
| Grado di tolleranza (grado IT) | L’ampiezza della tolleranza, indicata da un numero da IT01 a IT18 |
| Classe di tolleranza | Combinazione di scostamento fondamentale e grado di tolleranza, ad es. H7 o g6 |
Tolleranze generali secondo ISO 2768
Quando una quota sul disegno non ha una tolleranza specifica, vale la tolleranza generale indicata nel cartiglio – ad esempio «ISO 2768-mK». Le tolleranze generali mantengono i disegni puliti: solo le quote davvero importanti richiedono una tolleranza specifica. Sono simmetriche rispetto alla dimensione nominale e un pezzo è conforme finché ogni quota rimane entro il campo ammesso.
La ISO 2768-1 definisce quattro classi di tolleranza per i pezzi lavorati: f (fine), m (media), c (grossolana) e v (molto grossolana). I valori sono identici a quelli della norma giapponese JIS B 0405.
Dimensioni lineari (esclusi smussi e raggi)
| Dimensione nominale (mm) | f (fine) | m (media) | c (grossolana) | v (molto grossolana) |
|---|---|---|---|---|
| Da 0,5 a 3 | ±0,05 | ±0,1 | ±0,2 | – |
| Oltre 3 fino a 6 | ±0,05 | ±0,1 | ±0,3 | ±0,5 |
| Oltre 6 fino a 30 | ±0,1 | ±0,2 | ±0,5 | ±1 |
| Oltre 30 fino a 120 | ±0,15 | ±0,3 | ±0,8 | ±1,5 |
| Oltre 120 fino a 400 | ±0,2 | ±0,5 | ±1,2 | ±2,5 |
| Oltre 400 fino a 1000 | ±0,3 | ±0,8 | ±2 | ±4 |
| Oltre 1000 fino a 2000 | ±0,5 | ±1,2 | ±3 | ±6 |
| Oltre 2000 fino a 4000 | – | ±2 | ±4 | ±8 |
Smussi e raggi (raggi esterni e altezze degli smussi)
| Dimensione nominale (mm) | f e m | c e v |
|---|---|---|
| Da 0,5 a 3 | ±0,2 | ±0,4 |
| Oltre 3 fino a 6 | ±0,5 | ±1 |
| Oltre 6 | ±1 | ±2 |
Dimensioni angolari
| Lunghezza del lato più corto (mm) | f e m | c | v |
|---|---|---|---|
| Fino a 10 | ±1° | ±1°30′ | ±3° |
| Oltre 10 fino a 50 | ±30′ | ±1° | ±2° |
| Oltre 50 fino a 120 | ±20′ | ±30′ | ±1° |
| Oltre 120 fino a 400 | ±10′ | ±15′ | ±30′ |
| Oltre 400 | ±5′ | ±10′ | ±20′ |
La classe m (media) è la scelta più comune per i pezzi lavorati CNC. La classe f si usa per i pezzi di precisione, mentre c e v sono adatte alla sgrossatura e ai grandi componenti saldati o fusi.
Come indicare le tolleranze dimensionali
Se la tolleranza generale non è sufficiente, indica una tolleranza specifica accanto alla quota nominale. Se lo scostamento superiore e quello inferiore sono uguali, scrivili con ±. Se sono diversi, scrivili uno sopra l’altro: lo scostamento superiore in alto, quello inferiore in basso.
Una tolleranza dimensionale non deve essere per forza simmetrica. Una tolleranza unilaterale come 10 +0,05/0 sposta il campo ammesso da un solo lato della dimensione nominale e rende chiaro l’intento progettuale – ad esempio che un foro non deve mai essere più piccolo di 10 mm. Tieni presente che in officina di solito si punta al centro del campo di tolleranza.
I valori di tolleranza si scrivono con la stessa dimensione del carattere della quota. Le impostazioni predefinite del tuo software CAD in genere vanno bene, purché il testo sia ben leggibile.
Come indicare le tolleranze angolari
Le tolleranze angolari seguono la stessa notazione delle tolleranze dimensionali, ma l’unità di misura va sempre indicata. Gli angoli si esprimono di solito in gradi (°), primi (′) e secondi (″): 60 secondi fanno un primo e 60 primi fanno un grado – proprio come sull’orologio.
Per convertire i primi in gradi decimali, dividi per 60. Puoi scegliere liberamente tra gradi decimali e gradi e primi: entrambe le notazioni sono corrette.
| Primi | 1′ | 5′ | 10′ | 15′ | 20′ | 30′ | 45′ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gradi decimali | 0,0167° | 0,0833° | 0,1667° | 0,25° | 0,3333° | 0,5° | 0,75° |
Accumulo delle tolleranze: quotatura in serie e quotatura in parallelo
Il modo in cui quoti un pezzo determina come si sommano le tolleranze. L’esempio seguente mostra lo stesso pezzo, con una larghezza totale di 90 mm e una cava di 30 mm, quotato in due modi con tolleranze generali (classe m).
Quotatura in parallelo
Tutte le quote partono dal bordo destro. La larghezza totale si legge direttamente: 90 ±0,3 mm. La larghezza della cava, invece, è la differenza tra 50 mm e 20 mm, quindi le due tolleranze si sommano: ±0,3 + ±0,2 = ±0,5 mm.
Quotatura in serie
Le quote si susseguono una dopo l’altra. La larghezza della cava si legge direttamente: 30 ±0,3 mm. La larghezza totale è la somma di tre quote, quindi si sommano tutte e tre le tolleranze: ±0,3 + ±0,3 + ±0,2 = ±0,8 mm.
| Quota | Quotatura in parallelo | Quotatura in serie |
|---|---|---|
| Larghezza totale 90 mm | ±0,3 mm (diretta) | ±0,8 mm (calcolata) |
| Larghezza della cava 30 mm | ±0,5 mm (calcolata) | ±0,3 mm (diretta) |
Nota: le dimensioni nominali si possono sommare o sottrarre, ma le tolleranze si sommano sempre. La regola è semplice:
- Quota direttamente gli elementi critici per la funzione, così la loro tolleranza non deriva da un calcolo.
- Se conta soprattutto la larghezza della cava, usa la quotatura in serie. Se contano soprattutto la larghezza totale o la posizione della cava rispetto al bordo, usa la quotatura in parallelo.
- Evita lunghe catene di quote sugli elementi critici: ogni anello aggiunge la propria tolleranza.
Il calcolo precedente è un’analisi del caso peggiore (worst case): presuppone che tutte le quote si trovino contemporaneamente ai loro valori estremi. Per lotti più grandi si ricorre spesso a un’analisi statistica (radice della somma dei quadrati, RSS). Nell’esempio della quotatura in serie si ottiene √(0,3² + 0,3² + 0,2²) ≈ ±0,47 mm invece di ±0,8 mm.
Accoppiamenti: con gioco, incerti e con interferenza
Un accoppiamento descrive la relazione tra un foro e un albero prima del montaggio. La ISO 286 definisce tre tipi di tolleranze di accoppiamento:
- Accoppiamento con gioco: l’albero è sempre più piccolo del foro. Si usa per parti scorrevoli e rotanti e per parti che devono essere facili da montare.
- Accoppiamento incerto: a seconda delle dimensioni effettive, si ha un piccolo gioco o una piccola interferenza. Si usa per il posizionamento preciso di parti come ingranaggi, giunti e spine di riferimento.
- Accoppiamento con interferenza: l’albero è sempre più grande del foro. Si usa per parti piantate a pressione, come boccole e perni, che devono restare in sede in modo permanente.
Come indicare gli accoppiamenti sul disegno
Gli accoppiamenti si indicano con una classe di tolleranza dopo la dimensione nominale: una lettera maiuscola per i fori (Ø10 H7) e una minuscola per gli alberi (Ø10 g6). La lettera definisce la posizione della zona di tolleranza rispetto alla dimensione nominale, il numero ne definisce l’ampiezza. Cave e asole contano come fori, le sporgenze come alberi.
Nell’ingegneria meccanica il sistema foro base con fori H7 è il più diffuso. Combinazioni tipiche:
| Accoppiamento | Tipo | Scostamenti dell’albero per Ø10 (foro H7: 0/+0,015 mm) | Applicazione tipica |
|---|---|---|---|
| H7/g6 | Con gioco (scorrevole) | −0,005 / −0,014 mm | Parti scorrevoli e rotanti di precisione, guide |
| H7/h6 | Con gioco (di posizionamento) | 0 / −0,009 mm | Parti da posizionare che si possono montare a mano |
| H7/k6 | Incerto | +0,010 / +0,001 mm | Ingranaggi, pulegge e giunti su alberi |
| H7/p6 | Con interferenza (forzato leggero) | +0,024 / +0,015 mm | Boccole piantate e spine di riferimento |
Quanto devono essere strette le tolleranze di lavorazione CNC?
Tolleranze più strette significano lavorazione più lenta, più controlli e più scarti: per questo i costi aumentano rapidamente man mano che le tolleranze si restringono. Come riferimento per la lavorazione CNC:
- Lavorazione standard: tolleranza generale ISO 2768-m, cioè da ±0,1 a ±0,3 mm per le dimensioni tipiche dei pezzi.
- Lavorazione di precisione: da ±0,01 a ±0,05 mm per accoppiamenti, sedi dei cuscinetti ed elementi di posizionamento.
- Materie plastiche: prevedi tolleranze più ampie, perché le materie plastiche si dilatano di più con la temperatura e alcune assorbono umidità.
Segui questi principi per ottenere pezzi precisi e a costi contenuti:
- Verifica prima la tolleranza generale e aggiungi tolleranze specifiche solo dove la funzione le richiede.
- Per le parti accoppiate usa classi di accoppiamento normalizzate come H7 anziché valori arbitrari.
- Quota direttamente gli elementi critici per evitare l’accumulo delle tolleranze.
- Considera il materiale: con acciaio inox, acciaio temprato e materie plastiche è più difficile rispettare tolleranze strette che con alluminio o acciaio automatico.
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- Le quote senza tolleranza specifica vengono lavorate con tolleranze generali medie (JIS B 0405 m, equivalente a ISO 2768-m).
- Le tolleranze più strette si impostano direttamente nel Visualizzatore 3D, con campi di tolleranza fino a 0,02 mm (±0,01 mm).
- I fori di precisione con tolleranza di accoppiamento H7 vengono realizzati mediante alesatura.
- Prezzo e tempi di consegna vengono ricalcolati all’istante quando modifichi una tolleranza, così vedi subito quanto costa la precisione.
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Domande frequenti sulle tolleranze di lavorazione CNC
Qual è la tolleranza standard nella lavorazione CNC?
La norma più diffusa è la tolleranza generale ISO 2768-m (media). Per una quota tra 30 e 120 mm ammette ±0,3 mm. Tolleranze più strette vanno indicate singolarmente sul disegno o nel modello 3D.
Qual è la differenza tra ISO 2768-1 e ISO 2768-2?
La ISO 2768-1 riguarda le tolleranze generali per dimensioni lineari e angolari nelle classi f, m, c e v. La ISO 2768-2 riguarda le tolleranze geometriche generali, come rettilineità, planarità e perpendicolarità, nelle classi H, K e L. Sui disegni vengono spesso combinate, ad es. ISO 2768-mK.
Cosa significa H7?
H7 è una classe di tolleranza per fori secondo ISO 286. La lettera H indica che lo scostamento inferiore è zero, quindi il foro non è mai più piccolo della dimensione nominale. Il numero 7 è il grado di tolleranza: per un foro Ø10, H7 ammette da 0 a +0,015 mm.
Che cos’è l’accumulo delle tolleranze?
L’accumulo delle tolleranze (tolerance stack-up) è la somma delle tolleranze quando una quota risulta da diverse altre quote. In una catena di tre quote con ±0,3, ±0,3 e ±0,2 mm, la quota risultante può variare fino a ±0,8 mm. Quotare direttamente gli elementi critici evita questo problema.
Quanto possono essere strette le tolleranze di lavorazione CNC?
Le moderne macchine CNC possono mantenere tolleranze di ±0,01 mm e anche più strette sugli elementi critici. Tolleranze simili aumentano notevolmente i costi, quindi vanno usate solo dove la funzione del pezzo lo richiede.
Conclusione
Le tolleranze di lavorazione CNC sono l’anello di congiunzione tra l’intento progettuale e un pezzo funzionale ed economico. Usa le tolleranze generali secondo ISO 2768 per tutto ciò che non è critico, aggiungi tolleranze specifiche dimensionali, angolari e di accoppiamento solo dove la funzione le richiede e quota direttamente gli elementi critici per evitare l’accumulo delle tolleranze. Il risultato: pezzi che si accoppiano al primo colpo, al costo più basso possibile.