Lavorazioni, tolleranze e rugosità
I concetti di tolleranza e di rugosità superficiale sono strettamente collegati al tipo di lavorazione. Da una parte le misure indicate dal progettista nel disegno sono teoriche, cioè sono quelle che si dovrebbero ottenere con una lavorazione idealmente perfetta che in realtà non esiste. D'altra parte anche le linee superficiali, cioè i vari profili, di solito indicati nel disegno con segmenti rettilinei o curvilinei, nella realtà, se esaminate in modo accurato con strumenti di ingrandimento, non si presentano uniformi ma come un susseguirsi di "picchi" e di "valli" determinati proprio dal tipo di lavorazione, anche il più curato.

Possiamo anche dire che tolleranza e rugosità sono direttamente proporzionali tra loro, nel senso che più la tolleranza è piccola (cioè più precisa è la lavorazione) più sono piccoli anche i valori della rugosità. L'industria moderna è caratterizzata dalla produzione in serie. Nella produzione in serie, tutti i pezzi di uno stesso tipo debbono avere le stesse dimensioni, affinché possano essere accoppiati o montati con pezzi corrispondenti senza necessità di ritocchi o aggiustaggi e possano essere sostituiti facilmente e indifferentemente, in caso di usura o di rottura.

Inoltre si richiede che anche la finitura delle superfici (rugosità) sia la stessa per entrambi i pezzi. I pezzi che soddisfano a queste esigenze sono detti intercambiabili. Affinché gli accoppiamenti dei pezzi rispondano alle esigenze di intercambiabilità e, sopportando le condizioni di attrito e di usura, si mantengano precisi e funzionali per lungo tempo, si è reso necessario definire i limiti dimensionali e geometrici espressi dalle tolleranze dimensionali e dalle tolleranze geometriche di forma e di posizione. Il grado di finitura superficiale viene valutato in termini di rugosità superficiale o semplicemente di rugosità.

Definizione di tolleranza

Un elemento viene progettato in base alle qualità del materiale prescelto, alla resistenza relativa agli sforzi che deve sopportare, alle dimensioni massime di ingombro. Le dimensioni di progetto, indicate nel disegno tecnico, si dicono nominali e sono dei valori teorici (figura 1 ). In pratica, dopo le lavorazioni eseguite, si raggiunge una dimensione effettiva (figura 2), che differisce da quelle nominali o per eccesso o per difetto con approssimazione tanto maggiore quanto più efficienti sono le macchine, quanto più abile è l'operatore e quanto più precisi sono gli strumenti di misura.

Anche se il valore rilevato con uno strumen­to di misura coincidesse con la dimensione nominale si dovrebbe tenere conto dell'ap­prossimazione dello strumento. In questo caso la dimensione effettiva sarà vicina alla dimensione nominale entro i limiti dell'ap­prossimazione dello strumento utilizzato. Ad esempio, se con un calibro misuriamo la lunghezza del pezzo realizzato e leggiamo il va­lore 50 mm, possiamo concludere che que­sta è la dimensione effettiva del pezzo, con un margine di incertezza che deriva dall'ap­prossimazione dello strumento impiegato. Sé l'approssimazione del calibro decimale è di 0,1 mm, possiamo affermare con sicu­rezza che la dimensione effettiva del pezzo è compresa tra 49,9 e 50,1 mm. L’entità di errore che si ammette nella rea­lizzazione di una data quota si chiama tol­leranza.

Stabilire la tolleranza di una misura significa quindi stabilire dei limiti per gli inevitabili er­rori di lavorazione, limiti che dipendono an­che dalla funzione del pezzo in opera e che diventano vincolanti quando al pezzo in la­vorazione si richiede:
il requisito della intercambiabilità: nella produzione in serie tutti i pezzi di uno stesso tipo devono avere le stesse dimensioni per poter essere sostituiti facilmente e indiffe­rentemente in caso di usura o di rottura;
la caratteristica di un certo tipo di ac­coppiamento: gli elementi di un oggetto tecnologico non sono isolati ma sono spes­so accoppiati. Il possibile tipo di accoppia­mento (mobile, cioè con gioco, o fisso, cioè con interferenza) richiesto dalle esigenze di progetto si realizza stabilendo fra gli ele­menti accoppiati (detti generalmente albe­ro e foro) dei diversi campi di tolleranza.