CNC 加工公差完全指南：ISO 2768、GD&T 與成本取捨
一只鋁製軸承座的 12 mm 內孔回件量到 12.052 mm，比 ±0.025 mm 的標註超出 0.027 mm。軸承在負載下打滑、龍門產生顫振，一個四週的原型循環重新開始——只因為一條公差線比該工序能經濟達成的還要緊。
CNC 公差不是隨手寫在圖紙上的單一數字，而是特徵尺寸、機台能力、材料行為、量測方式與單件成本之間的協商。本指南整理 ISO 2768 預設等級、各工序可達公差、成本倍率曲線、GD&T 基礎，以及鋁 / 鋼 / 鈦 / 塑膠如何各自移動可達公差的窗口。
在下次填寫標題欄之前先讀一次：大多數零件在 ISO 2768-m 下完全可用，真正需要 ±0.01 mm 的特徵通常每張圖少於五處。
ISO 2768 一般公差等級
ISO 2768-1 規範未個別標註公差的線性與角度尺寸。選對預設等級可以讓圖紙清爽、加工廠順手。
| 公稱尺寸 (mm) | f 精密 | m 中等 | c 粗糙 | v 最粗 |
|---|---|---|---|---|
| 0.5–3 | ±0.05 | ±0.10 | ±0.20 | — |
| 3–6 | ±0.05 | ±0.10 | ±0.30 | ±0.50 |
| 6–30 | ±0.10 | ±0.20 | ±0.50 | ±1.00 |
| 30–120 | ±0.15 | ±0.30 | ±0.80 | ±1.50 |
| 120–400 | ±0.20 | ±0.50 | ±1.20 | ±2.50 |
| 400–1000 | ±0.30 | ±0.80 | ±2.00 | ±4.00 |
關鍵設計動作： 標題欄預設 2768-m，只把 2768-f 或更緊的個別標註保留給配合、基準與密封面——其他地方收緊只會增加檢驗時間而沒有功能回報。
各工序可達公差
能力不是機台型錄上的數字，而是你的加工廠在自己的治具、程式與操作員下，跑完 200 件批量仍能重現的水準。
| 工序 | 典型 (mm) | 嚴格 (mm) | 極限 (mm) | 備註 |
|---|---|---|---|---|
| 3 軸銑床 | ±0.05 | ±0.025 | ±0.010 | 受換刀/換裝次數限制 |
| 5 軸銑床 | ±0.025 | ±0.013 | ±0.008 | 單次裝夾，減少基準轉移 |
| CNC 車床 | ±0.025 | ±0.013 | ±0.005 | 徑向最佳 |
| 平面研磨 | ±0.005 | ±0.003 | ±0.001 | 平面度/平行度 |
| 線切割 EDM | ±0.013 | ±0.005 | ±0.002 | 硬材料、銳角 |
公差等級對成本的倍率
| 等級 | 範例 | 成本倍率 | 成本來源 |
|---|---|---|---|
| 粗糙 (2768-c) | ±0.20 mm / 30–120 | 1.0× | 單工序、最低 QC |
| 中等 (2768-m) | ±0.10 mm / 30–120 | 1.3× | 預設刀具、抽樣 QC |
| 精密 (2768-f) | ±0.05 mm / 30–120 | 2.0× | 刀補、全檢 |
| 精密級 | ±0.013 mm | 4–6× | 研磨/EDM、恆溫室 |
| 超精密 | ±0.005 mm | 6–8× 以上 | CMM 全檢、夾具研磨 |
材料對可達公差的影響
| 材料 | 穩定公差 | 風險 | 對策 |
|---|---|---|---|
| 鋁 6061 | ±0.013 mm | 熱膨脹 | 充分冷卻、靜置 |
| 低碳鋼 | ±0.025 mm | 刀具磨耗 | 碳化鎢、在線量測 |
| 不鏽鋼 316 | ±0.025 mm | 加工硬化 | 利刃、單次走刀 |
| 鈦 Ti-6Al-4V | ±0.05 mm | 回彈、熱 | 剛性裝夾、低切速 |
| POM / PEEK | ±0.05 mm | 潛變、吸濕 | 量測前恆溫恆濕 |
塑膠在加工後會持續變形，CMM 前需在量測室恆溫數小時。鈦合金在重切後回彈，精修走刀需淺切深與利刃。
公差堆疊與 GD&T 基礎
三個串聯特徵各 ±0.05 mm 在最壞情況下會堆疊到 ±0.15 mm。GD&T 讓你把公差預算花在功能所在——位置度、垂直度、輪廓度——而不是為不必要的線性精度買單。
螺栓接合用位置度搭配 MMC（孔變大時可獲得額外公差）、密封面用輪廓度、旋轉軸用跳動度。並務必宣告與實際裝配方式一致的主/次/三基準系。
應用場景：公差選擇決定成本
機器人減速箱殼體
軸承孔 H7（30 mm 約 +0.021/0 mm）是成本主因。把全圖 ±0.025 mm 改為僅兩個軸承座 H7、其餘 2768-m，報價下降 38% 且功能不變。
光學基板
200 mm 範圍內平面度 0.01 mm 必須在銑削後加研磨。將工序拆為銑削毛胚 + 上表面研磨，其餘幾何留在 3 軸銑床以標準成本完成。
醫療器械車削軸
直徑 ±0.005 mm 與 Ra 0.4 µm 在瑞士型車床上單次裝夾完成。若拆成銑+車兩段，重新裝夾的堆疊誤差是任何檢驗計畫都救不回來的。
建議 / 避免
| 建議 | 避免 |
|---|---|
| 標題欄預設 ISO 2768-m | 全圖統一 ±0.025 mm |
| 只在功能特徵收緊公差 | 在外觀邊緣與倒角收緊 |
| 以清楚基準標註 GD&T | 同一特徵混用線性與 GD&T |
| 在重要面標註表面粗糙度 | 密封面不標 Ra |
| 設計初期與加工廠討論能力 | 假設任何工廠都能做 ±0.01 mm |
常見錯誤
| 錯誤 | 後果 | 修正 |
|---|---|---|
| 全圖 ±0.01 mm | 成本 2–4 倍、交期長 | 依特徵分別標公差 |
| 未定義基準系 | 檢驗員自選基準 | 明確定義 A/B/C |
| 塑膠用緊公差 | 加工後變形 | 放寬至 ±0.05 mm 並恆溫 |
| 孔位置度未加 MMC | 浪費公差預算 | 加上 Ⓜ 修飾符 |
| 未標表面粗糙度 | 配合品質浮動 | 在關鍵面標 Ra |
| 忽略公差堆疊 | 最壞情況功能失效 | 做 RSS 與最壞情況分析 |
發圖前檢查清單
在圖紙離開工程部之前跑一次此清單，可攔下 80% 與公差相關的報價爭議與重做。
- 標題欄預設等級已設定（建議 ISO 2768-m）
- 所有緊公差均有功能性註記說明
- 每個 GD&T 標註皆已定義基準系
- 密封面、滑動面與外觀面已標註 Ra
- 配合特徵已做最壞情況與 RSS 公差堆疊分析
- 塑膠與鈦合金已加上材料特定餘量
- 任何 ≤ ±0.013 mm 的公差皆已指定量測方法
- 報價已對照各工序可達公差檢視
設計要點
公差是預算，不是願望清單。把它花在驅動功能的特徵上——軸承孔、密封面、光學基準——其他地方留給 ISO 2768-m。每一條緊公差都搭配基準、量測方法與考慮材料的餘量，CNC 零件就能首次到位、成本可預測。