检测指南

如何测量 CNC 加工件的深度精度

深度是最难测量的特征，因为它依赖的基准通常不是刚加工的面。本指南说明我们如何设定基准、选择量具，并在 CNC 加工件上把深度确认到 ±0.005 mm。本文面向需要可辩护数据的工程师和来料检验团队。

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±0.005 mm 公差Ra 0.2–0.8 μm 表面粗糙度发货前 100% 检验ISO 9001:2015

本页内容

本文内容

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要点速览
2
CNC 加工件上深度精度的真实含义
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测量深度前先设定基准并装夹
4
选择与特征匹配的量具
5
记录深度精度前先控制温度
6
分步操作：如何测量深度精度
7
按深度和公差选择量具

快速解答

要点速览

深度需要基准，不是面从图纸基准测量，绝不要从最后加工的面测量。

按特征深度选量具浅槽：深度千分尺。深孔：量规销加高度尺。

温度会改变读数100 mm 铝件每 1 °C 约膨胀 0.0023 mm。

每个零件用相同装夹夹紧、方向和测针角度必须重复，否则数据会漂移。

报告不确定度，而不只是数值没有量具误差的读数不是检验结果。

基础

CNC 加工件上深度精度的真实含义

深度标注是两个表面之间的距离。其中一个是图纸指定的基准，另一个是型腔、槽、沉孔或台阶的底面。如果你从零件顶面而不是基准测量，你检查的就是另一个尺寸。在干净的零件上，两个数值常常在 0.01 mm 内一致，这正是这个错误能潜伏数月、直到功能失效才暴露的原因。

深度误差很少只来自刀具。主轴和零件的热膨胀、盲孔中的切屑堆积、长悬伸下的刀具让刀以及工装夹具抬升都会移动底面。6 mm 硬质合金立铣刀在 3 × D 悬伸下，正常精加工负载可让刀 0.02 mm。测量精度就是用来判断底面移动了还是量具说谎了。

公差带决定方法。支架上 ±0.1 mm 的深度可用卡尺和直尺检查。铝歧管上 ±0.005 mm 的内孔深度需要深度千分尺或带校准测针的三坐标测量机，并且零件必须先处于 20 °C。量具分辨率应约为公差带的十分之一。

在信任任何数值之前，先问三个问题。基准是什么？量具不确定度是多少？零件温度是多少？如果检测报告没有回答全部三个问题，深度值就只是个人意见。

1
基准优先接触零件前先读图纸框。
2
分辨率目标量具分辨率为公差带的十分之一。
3
热稳定最终检查前让零件在 20 °C 下放置 30–60 分钟。

装夹

测量深度前先设定基准并装夹

先清洁零件。盲孔中的切屑会增加 0.05–0.2 mm 的虚假深度，比我们控制的大多数公差都大。用 0.4–0.6 MPa 干燥空气吹净特征，然后用无绒布擦拭基准面。绝不要在切削液还积在型腔中时直接从机床上测量零件。

每次读数都以相同方式安装零件。使用高度尺时，将基准面放在花岗岩平板上，并检查零件不晃动。使用深度千分尺时，保持量具轴线与底面垂直在 2–3° 内。20 mm 深度上倾斜 5° 会读到约 0.08 mm 的偏长值。这一个误差就能消耗整个公差带。

在三坐标测量机上，用至少四个分散在面上的点定义基准平面，而不是聚集在一个角上的三个点。用五到九个点测型腔底面，并报告最小值和最大值，而不只是平均值。磨损刀具造成的凹面底面会先体现在散布上，远早于体现在均值上。

记录装夹。工装夹具、测针编号、测力和方向都应写入检验记录。如果第二位操作员重复检查得到不同数值，通常变化的是装夹，而不是零件。

1
先吹干，再擦拭测量前用 0.4–0.6 MPa 吹净盲孔特征。
2
垂直度在 2–3° 内深度千分尺每倾斜 1°，读数约偏长深度的 0.4%。
3
散布比均值更重要最小和最大点能揭示均值掩盖的底面凹形。

量具选择

选择与特征匹配的量具

深度千分尺是约 0.5 mm 到 25 mm 深浅特征的默认选择。使用覆盖该范围且伸出最少的测杆，因为每次伸出都会增加堆叠误差。运行前后在平量块上检查零位。测杆尖端会磨损，磨损的测杆读数会偏短 0.005–0.01 mm。

量规销加高度尺适用于底面较窄的槽和台阶深度。插入与槽配合间隙为 0.01–0.02 mm 的销，测量销上方，再减去销直径。这种方法在锥形槽上失效，因为销会停在锥度允许的任意高度。

对于超过 25 mm 的深孔，使用带深度止挡的孔径规或三坐标测量机。游标卡尺深度杆在这个尺度上不是精密仪器。其尺片在拇指压力下会弯曲，读数会因推力大小变化 0.03–0.05 mm。仅用于粗略检查。

光学和激光方法适合软材料、薄壁以及不能接触、一碰就会留下痕迹的特征。它们需要在同一视场内有一个经过校准的参考台阶。没有这个参考，激光深度读数会随表面处理漂移，镜面抛光底面与机加工底面的读数会不同。

1
深度千分尺最适合 0.5 mm 到 25 mm；用量块校验零位。
2
销规加高度规适合窄槽；避免用于带锥度的壁面。
3
三坐标测量机或内径千分表深度超过 25 mm 或需要点数据时使用。

环境

记录深度精度前先控制温度

钢每米每 °C 约膨胀 11.5 μm；铝约 23 μm。一个 100 mm 的铝件比量具高 5 °C 时，各方向（包括深度）读数约长 0.011 mm。这是我们许多特征所持 ±0.005 mm 公差的两倍。终检前让零件和量具在同一房间放置 30–60 分钟。

量具和零件一样重要。钢制千分尺和铝件达到热平衡的速度不同。冬天从冷车上拿进来的零件，表面升温快，芯部一个多小时仍是冷的。先用同材料、同截面的废件试测。

门口或风扇的气流会在 300 mm 零件上形成温度梯度。检验区远离敞开的门，用花岗岩平板而不是钢制工作台。花岗岩导热率低，能保持温度，不会从零件上吸热。

记录读数时同时记录室温。如果车间在 25 °C 运行而图纸假定 20 °C，要么修正数值，要么在报告中注明条件。5 °C 偏差下未修正的深度值就是一份迟早要发生的书面不符合项。

1
恒温 30–60 分钟零件和量具必须达到同一温度。
2
花岗岩优于钢导热率低，平板不会使零件降温。
3
修正或注明要么应用膨胀系数，要么记录室温。

操作步骤

分步说明：如何测量深度精度

每个零件都按此顺序执行。跳过一步通常表现为 0.01–0.05 mm 的误差。

1
1. 从图纸读取基准确认深度从哪个面测量。在图纸上标出，并用记号笔在零件上标记。不要假定顶面就是基准。
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2. 清洁特征和基准用 0.4–0.6 MPa 吹净切屑，再用无绒布擦拭。特征较深时用灯和镜子检查型腔底面。
3
3. 让零件恒温将零件和量具放在花岗岩平板上 30–60 分钟。用接触式温度计确认两者温差在 1 °C 以内。
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4. 量具对零在量程低端用量块校验深度千分尺。记录零位误差并应用到每个读数。
5
5. 至少取三个读数在特征上分散的三到五个点探测底面。量具轴线垂直度保持在 2–3° 以内。记录最小值、最大值和平均值。
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6. 与公差带比较判定零件前，从可用公差带中减去量具不确定度。±0.005 mm 的要求配 0.002 mm 的量具，实际余量只剩 0.003 mm。
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7. 记录结果和条件写下量具编号、测头、室温和装夹方式。没有条件的数字无法复现。

选材

按深度和公差选择量具

先按公差带选方法，再按特征深度选。

方法	典型范围	适用场景	注意事项
深度千分尺	0.5–25 mm	浅型腔和沉孔	测杆端部磨损会读短 0.005–0.01 mm
销规加高度规	1–50 mm	窄槽和台阶	锥度壁面会使销规坐得偏高
带止挡的内径千分表	25–150 mm	深内孔和缸孔深度	止挡面必须平贴基准
带测头的三坐标测量机	0.5–500 mm	复杂几何形状和点数据	测力会使薄底面变形
游标卡尺测深杆	0.5–150 mm	仅用于粗检	尺片弯曲会引入 0.03–0.05 mm
光学或激光	0.1–100 mm	软材料和薄壁	视场内需要经过校准的参考台阶