Le quotature e le tolleranze geometriche (GD&T o talvolta GDT) sono un sistema simbolico di annotazione di progetti di parti, con descrizioni della forma e delle dimensioni della parte, incluse le variazioni di produzione consentite rispetto a tali misure. In passato, queste informazioni venivano comunicate mediante disegni tecnici 2D. Il software GD&T moderno incorpora le informazioni direttamente nel modello CAD 3D, sostituendo i disegni tecnici 2D tradizionalmente utilizzati nella progettazione.
I sistemi GD&T standardizzati dell'American Society of Mechanical Engineers (ASME) e dell'International Organization for Standardization (ISO) vengono utilizzati oggi nella produzione per comunicare meglio i motivi funzionali alla base delle quotature dei prodotti tra progettisti, produttori e ispettori. Quando vengono utilizzati correttamente, i dati di GD&T possono ridurre gli errori, le rilavorazioni e i tempi di commercializzazione. Possono inoltre limitare i costi di produzione, perché la ricerca di tolleranze accettabili per le caratteristiche di una parte può diminuire le ispezioni e le percentuali di scarto delle parti.
Gli standard GD&T sono più efficaci dei metodi precedenti, che si basavano solo su quote lineari o su lunghe note scritte su un progetto, perché definiscono sia l'intenzione progettuale sia i requisiti di ispezione meglio dei vecchi sistemi di misurazione delle coordinate. Quando tutti i soggetti coinvolti nel processo sono in grado di codificare e interpretare i dati GD&T, il metodo di comunicazione utilizzato tra le discipline e i team è chiaro e conciso.
Nel 1940, l'ingegnere navale Stanley Parker iniziò a sviluppare un sistema di dati proto-GD&T che fosse più affidabile e conveniente rispetto alla specifica delle lavorazioni delle parti basata sulla misurazione delle coordinate e sulla tolleranza più/meno. Questo portò all'adozione di uno standard militare e oggi i produttori di tutto il mondo seguono gli standard GD&T commerciali, aggiornati recentemente alla fine del 2010.
Il moderno sistema GD&T è spesso costituito da informazioni che il software GD&T incorpora nei modelli 3D. Un sistema GD&T conforme agli standard deve includere tolleranze "semantiche", ovvero conformi alla logica degli standard ASME e ISO. Tuttavia, il software GD&T generalmente non applica il linguaggio GD&T semantico e questo implica che i progettisti devono occuparsi della corretta annotazione dei progetti per ottenere risultati ottimali.
Le geometrie organiche delle parti progettate in modo generativo possono far sembrare poco pratica l'applicazione del sistema GD&T, tuttavia il suo utilizzo può risultare utile in alcune circostanze. In questi casi, i dati GD&T possono essere utilizzati per sviluppare lavorazioni che si collegano ad altre parti e le definiscono utilizzando forme geometriche standard con riferimenti tradizionalmente definiti.
Mentre i modelli CAD producono quote geometriche teoricamente perfette, le parti prodotte fisicamente non possono mai essere perfette. Il sistema GD&T definisce intervalli di tolleranza accettabili per ogni lavorazione di parte, in modo che le parti si adattino agli assiemi e funzionino correttamente senza dover sostenere i costi aggiuntivi di tolleranze più rigide. Un sistema GD&T ben applicato può migliorare la qualità e ridurre i costi e i tempi di commercializzazione, sincronizzando gli sforzi di progettisti, macchinisti e responsabili del controllo qualità con un linguaggio conciso e simbolico.
Il sistema GD&T è fondamentale per i grandi OEM del settore automobilistico che utilizzano migliaia di fornitori e producono milioni di parti complesse per soddisfare gli standard e superare le ispezioni.
Il sistema GD&T garantisce un processo più fluido durante la prototipazione di una serie di iterazioni di progetto in cui i prodotti bilanciano funzionalità, estetica ed ergonomia.
La complessità dei componenti elettronici usati nella progettazione meccanica (inglese), elettronica e delle PCB è ridotta dall'uso del sistema GD&T, che offre un linguaggio comune a fornitori e ingegneri.
I macchinari più grandi richiedono l'uso di molte parti di volume ridotto che operano in condizioni estreme, rendendo essenziale il collegamento tra progettazione e produzione tramite GD&T.
Le parti robotiche complesse che consentono movimenti altamente ripetitivi e precisi necessitano di dati GD&T accurati per la calibrazione, la convalida e l'ispezione.
Che si tratti di mobili prodotti in serie o di pezzi da boutique progettati su misura, un uso corretto del linguaggio GD&T per la lavorazione del legno aiuta a ridurre gli scarti e le rilavorazioni.
La corretta esecuzione del software GD&T può avere numerosi vantaggi, tra cui la produzione economica e tempestiva di parti affidabili con meno errori e scarti.
GD&T descrive le tolleranze di una parte meglio delle quote lineari e consente ai produttori di soddisfare l'intento progettuale senza creare molti prototipi costosi.
Un corretto utilizzo del linguaggio GD&T permette ai reparti di lavorare in parallelo e con un funzionamento più fluido, ad esempio eseguendo assemblaggi più efficaci e controlli della qualità più rapidi.
GD&T consente di produrre parti qualificate con meno scarti, nonché garantire il corretto inserimento di tali parti negli assiemi.
GD&T è un sistema simbolico che è quindi perfettamente comprensibile da persone che utilizzano lingue scritte e parlate diverse. Questo lo rende estremamente efficace per i progetti internazionali.
Tolleranze troppo rigide aumentano i costi e i tempi di produzione perché comportano nuovi investimenti in attrezzature e percentuali di scarto inutilmente elevate. Il sistema GD&T è in grado di rilevare tolleranze accettabili che garantiscono la funzionalità ad un costo inferiore.
Quando si è certi di poter contare su una documentazione GD&T adeguata, è possibile rendere ripetibili i processi di produzione e ispezione in modo efficace e su larga scala. L'ispezione viene digitalizzata e automatizzata e i dati vengono acquisiti per la traccia di controllo.
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Secondo l'ISO, la tolleranza in GD&T è la "variazione consentita del valore specificato di una quantità, espressa come differenza tra il valore massimo consentito e il valore minimo consentito". Le cinque categorie di simboli di GD&T (forma, profilo, orientamento, posizione e oscillazione) descrivono le diverse categorie di tolleranze. Le tolleranze GD&T sono molto varie e si riferiscono alla forma, alla funzione e all'adattamento della parte.
L'ISO definisce un riferimento come una "designazione il cui concetto è un valore". Ad esempio, i riferimenti sono punti, linee, piani o una combinazione all'interno del riquadro di riferimento (DRF) tridimensionale della documentazione GD&T. I riferimenti su un grafico sono teoricamente perfetti, mentre le lavorazioni di riferimento sono le asole, i fori, le facce e altre lavorazioni fisiche di una parte prodotta, le cui misurazioni possono variare rispetto ai numeri teorici delle tolleranze consentite dal sistema GD&T.
Prima dell'introduzione del sistema GD&T, gli ingegneri specificavano le lavorazioni delle parti di produzione utilizzando strumenti come le misurazioni delle coordinate, la tolleranza più/meno e le aree X/Y. Poi, nel 1940, un ingegnere navale di nome Stanley Parker pubblicò il primo lavoro sulle quotature e le tolleranze geometriche. Sviluppò un sistema proto-GD&T che utilizzava l'idea di "posizione reale" per ridurre gli errori ed essere più affidabile ed economico per i numerosi appaltatori che costruivano componenti durante la Seconda Guerra Mondiale.
La pubblicazione MIL-STD-8 divenne lo standard militare per il sistema GD&T, ma venne successivamente rimossa. Il sistema GD&T è invece rimasto. L'attuale standard GD&T degli Stati Uniti è ASME Y14.5-2018 dell'American Society of Mechanical Engineers. In altre parti del mondo, è ISO 1101:2017.
Il sistema GD&T descrive l'intento progettuale di una parte, anziché semplicemente la geometria, ed è uno strumento utile per progettisti, sviluppatori del prodotto e addetti all'assemblaggio e all'ispezione. Indica la fattibilità e la funzionalità di una parte in modo migliore rispetto alle sole quote lineari.
Con una documentazione GD&T adeguata, ogni soggetto coinvolto nella progettazione di un prodotto condivide un linguaggio simbolico esplicito che definisce le tolleranze di una parte e può ridurre gli scarti, le rilavorazioni e altri errori, individuando al contempo il percorso di lavorazione e fabbricazione più conveniente per ogni pezzo.
Le cinque categorie di simboli GD&T sono controlli di tolleranza per forma, profilo, orientamento, posizione e oscillazione:
Il linguaggio GD&T sotto forma di annotazione 3D, ad esempio in Autodesk Inventor, consente al programmatore CNC di fare riferimento al sistema GD&T durante la programmazione della parte e di programmare le ispezioni di tolleranza nel codice CNC. Ad esempio, l'utensile di taglio potrebbe usurarsi durante la lavorazione, riducendo la precisione del taglio. L'ispezione nel programma noterà questa inefficienza e interromperà il programma in modo da poter sostituire l'utensile da taglio e riavviare il programma.
L'hardware di metrologia, utilizzato per ispezionare le parti manualmente dopo la lavorazione, può anche acquisire automaticamente le tolleranze dal software GD&T integrato in Autodesk Fusion, evitando in questo modo l'inserimento di dati ripetuti. Autodesk Fusion può quindi combinare i risultati dell'ispezione in un rapporto, che può essere salvato in un sistema PDM o PLM per riferimento futuro.
