熱變形是影響加工精度的原因之一機(jī)床受到車間環(huán)境溫度的變化、電動(dòng)機(jī)發(fā)熱和機(jī)械運(yùn)動(dòng)摩擦發(fā)熱、切削熱以及冷卻介質(zhì)的影響，造成機(jī)床各部的溫升不均勻，導(dǎo)致機(jī)床形態(tài)精度及加工精度的變化。例如，在一臺(tái)普通精度的數(shù)控銑床上加工70mm×1650mm的螺桿，上午7:30-9:00銑削的工件與下午2:00-3:30加工的工件相比，累積誤差的變化可達(dá)85m。而在恒溫條件下，則誤差可減小至40m。
再如，一臺(tái)用于雙端面磨削0.6～3.5mm厚的薄鋼片工件的精密雙端面磨床，在驗(yàn)收時(shí)加工200mm×25mm×1.08mm鋼片工件能達(dá)到mm的尺寸精度，彎曲度在全長內(nèi)小于5m。但連續(xù)自動(dòng)磨削1h后，尺寸變化范圍增大到12m，冷卻液溫度由開機(jī)時(shí)的17℃上升到45℃。由于磨削熱的影響，導(dǎo)致主軸軸頸伸長，主軸前軸承間隙增大。據(jù)此，為該機(jī)床冷卻液箱添加一臺(tái)5.5kW制冷機(jī)，效果十分理想。實(shí)踐證明，機(jī)床受熱后的變形是影響加工精度的重要原因。但機(jī)床是處在溫度隨時(shí)隨處變化的環(huán)境中；機(jī)床本身在工作時(shí)必然會(huì)消耗能量，這些能量的相當(dāng)一部分會(huì)以各種方式轉(zhuǎn)化為熱，引起機(jī)床各構(gòu)件的物理變化，這種變化又因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)形式的不同，材質(zhì)的差異等原因而千差萬別。機(jī)床設(shè)計(jì)師應(yīng)掌握熱的形成機(jī)理和溫度分布規(guī)律，采取相應(yīng)的措施，使熱變形對(duì)加工精度的影響減少到最小。
機(jī)床的溫升及溫度分布、自然氣候影響我國幅員遼闊，大部分地區(qū)處于亞熱帶地區(qū)，一年四季的溫度變化較大，一天內(nèi)溫差變化也不一樣。由此，人們對(duì)室內(nèi)（如車間）溫度的干預(yù)的方式和程度也不同，機(jī)床周圍的溫度氛圍千差萬別。例如，長三角地區(qū)季節(jié)溫度變化范圍約45℃左右，晝夜溫度變化約5～12℃。機(jī)加工車間一般冬天無供熱，夏天無空調(diào)，但只要車間通風(fēng)較好，機(jī)加工車間的溫度梯度變化不大。而東北地區(qū)，季節(jié)溫差可達(dá)60℃，晝夜變化約8～15℃。每年10月下旬至次年4月初為供暖期，機(jī)加工車間的設(shè)計(jì)有供暖，空氣流通不足。車間內(nèi)外溫差可達(dá)50℃。因此車間內(nèi)冬季的溫度梯度十分復(fù)雜，測量時(shí)室外溫度1.5℃，時(shí)間為上午8:15-8:35，車間內(nèi)溫度變化約3.5℃。精密機(jī)床的加工精度在這樣的車間內(nèi)受環(huán)境溫度影響將是很大的。
周圍環(huán)境的影響機(jī)床周圍環(huán)境是指機(jī)床近距離范圍內(nèi)各種布局形成的熱環(huán)境。
它們包括以下4個(gè)方面：
1）車間小氣候：如車間內(nèi)溫度的分布（垂直方向、水平方向）。當(dāng)晝夜交替或氣候以及通風(fēng)變化時(shí)車間溫度均會(huì)產(chǎn)生緩慢變化。
2）車間熱源：如太陽照射、供暖設(shè)備和大功率照明燈的輻射等，它們離機(jī)床較近時(shí)可直接長時(shí)間影響機(jī)床整體或部分部件的溫升。相鄰設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)以幅射或空氣流動(dòng)的方式影響機(jī)床溫升。
3）散熱：地基有較好的散熱作用，尤其是精密機(jī)床的地基切忌靠近地下供熱管道，一旦破裂泄漏時(shí)，可能成為一個(gè)難以找到原因的熱源；敞開的車間將是一個(gè)很好的“散熱器”，有利于車間溫度均衡。
4）恒溫：車間采取恒溫設(shè)施對(duì)精密機(jī)床保持精度和加工精度是很有效果的，但能耗較大。
3、機(jī)床內(nèi)部熱影響因素
1）機(jī)床結(jié)構(gòu)性熱源。電動(dòng)機(jī)發(fā)熱如主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)、冷卻潤滑泵電動(dòng)機(jī)、電控箱等均可產(chǎn)生熱量。這些情況對(duì)電動(dòng)機(jī)本身來說是允許的，但對(duì)于主軸、滾珠絲杠等元器件則有重大不利影響，應(yīng)采取措施予以隔離。當(dāng)輸入電能驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除了有少部分（約20%左右）轉(zhuǎn)化為電動(dòng)機(jī)熱能外，大部分將由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，如主軸旋轉(zhuǎn)、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)等；但不可避免的仍有相當(dāng)部分在運(yùn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)化為摩擦發(fā)熱，例如軸承、導(dǎo)軌、滾珠絲杠和傳動(dòng)箱等機(jī)構(gòu)發(fā)熱。
2）工藝過程的切削熱。切削過程中刀具或工件的動(dòng)能一部分消耗于切削功，相當(dāng)一部分則轉(zhuǎn)化切削的變形能和切屑與刀具間的摩擦熱，形成刀具、主軸和工件發(fā)熱，并由大量切屑熱傳導(dǎo)給機(jī)床的工作臺(tái)夾具等部件。它們將直接影響刀具和工件間的相對(duì)位置。
3）冷卻。冷卻是針對(duì)機(jī)床溫度升高的反向措施，如電動(dòng)機(jī)冷卻、主軸部件冷卻以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件冷卻等。高端機(jī)床往往對(duì)電控箱配制冷機(jī)，予以強(qiáng)迫冷卻。
4、機(jī)床的結(jié)構(gòu)形態(tài)對(duì)溫升的影響在機(jī)床熱變形領(lǐng)域討論機(jī)床結(jié)構(gòu)形態(tài)，通常指結(jié)構(gòu)形式、質(zhì)量分布、材料性能和熱源分布等問題。結(jié)構(gòu)形態(tài)影響機(jī)床的溫度分布、熱量的傳導(dǎo)方向、熱變形方向及匹配等。
1）機(jī)床的結(jié)構(gòu)形態(tài)。在總體結(jié)構(gòu)方面，機(jī)床有立式、臥式、龍門式和懸臂式等，對(duì)于熱的響應(yīng)和穩(wěn)定性均有較大差異。例如齒輪變速的車床主軸箱的溫升可高達(dá)35℃，使主軸端上抬，熱平衡時(shí)間需2h左右。而斜床身式精密車銑加工中心，機(jī)床有一個(gè)穩(wěn)定的底座。明顯提高了整機(jī)剛度，主軸采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，去除了齒輪傳動(dòng)部分，其溫升一般小于15℃。
2）熱源分布的影響。機(jī)床上通常認(rèn)為熱源是指電動(dòng)機(jī)。如主軸電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)等，其實(shí)是不完全的。電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱只是在承擔(dān)負(fù)荷時(shí)，電流消耗在電樞阻抗上的能量，另有相當(dāng)一部分能量消耗于軸承、絲杠螺母和導(dǎo)軌等機(jī)構(gòu)的摩擦功引起的發(fā)熱。所以可把電動(dòng)機(jī)稱為一次熱源，將軸承、螺母、導(dǎo)軌和切屑稱之為二次熱源。熱變形則是所有這些熱源綜合影響的結(jié)果。一臺(tái)立柱移動(dòng)式立式加工中心在Y向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中溫升和變形情況。Y向進(jìn)給時(shí)工作臺(tái)未作運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)X向的熱變形影響很小。在立柱上，離Y軸的導(dǎo)軌絲杠越遠(yuǎn)的點(diǎn)，其溫升越小。該機(jī)在Z軸移動(dòng)時(shí)的情況則更進(jìn)一步說明了熱源分布對(duì)熱變形的影響。Z軸進(jìn)給離X向更遠(yuǎn)，故熱變形影響更小，立柱上離Z軸電動(dòng)機(jī)螺母越近，溫升及變形也越大。
3）質(zhì)量分布的影響。質(zhì)量分布對(duì)機(jī)床熱變形的影響有三方面。其一，指質(zhì)量大小與集中程度，通常指改變熱容量和熱傳遞的速度，改變達(dá)到熱平衡的時(shí)間
二，通過改變質(zhì)量的布置形式，如各種筋板的布置，提高結(jié)構(gòu)的熱剛度，在同樣溫升的情況下，減小熱變形影響或保持相對(duì)變形較??；
其三，則指通過改變質(zhì)量布置的形式，如在結(jié)構(gòu)外部布置散熱筋板，以降低機(jī)床部件的溫升。
材料性能的影響：不同的材料有不同的熱性能參數(shù)（比熱、導(dǎo)熱率和線膨脹系數(shù)），在同樣熱量的影響下，其溫升、變形均有不同。機(jī)床熱性能的測試
1、機(jī)床熱性能測試的目的控制機(jī)床熱變形的關(guān)鍵是通過熱特性測試，充分了解機(jī)床所處的環(huán)境溫度的變化，機(jī)床本身熱源及溫度變化以及關(guān)鍵點(diǎn)的響應(yīng)（變形位移）。測試數(shù)據(jù)或曲線描述一臺(tái)機(jī)床熱特性，以便采取對(duì)策，控制熱變形，提高機(jī)床的加工精度和效率。
具體地說，應(yīng)達(dá)到以下幾個(gè)目的：
1）機(jī)床周圍環(huán)境測試。測量車間內(nèi)的溫度環(huán)境，它的空間溫度梯度，晝夜交替中溫度分布的變化，甚至應(yīng)測量季節(jié)變化對(duì)機(jī)床周圍溫度分布的影響。
2）機(jī)床本身的熱特性測試。盡可能地排除環(huán)境干擾的條件下，讓機(jī)床處于各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以測量機(jī)床本身的重要點(diǎn)位的溫度變化、位移變化，記錄在足夠長的時(shí)間段內(nèi)的溫度變化和關(guān)鍵點(diǎn)位移，也可用紅外線熱相儀記錄各時(shí)間段熱分布的情況。
3）加工過程測試溫升熱變形，以判斷機(jī)床熱變形對(duì)加工過程精度的影響。
4）上述試驗(yàn)可積累大量的數(shù)據(jù)、曲線，將為機(jī)床設(shè)計(jì)和使用者控制熱變形提供可靠的判據(jù)，指出采取有效措施的方向。
2、機(jī)床熱變形測試的原理熱變形測試首先需要測量若干相關(guān)點(diǎn)的溫度，包含以下幾方面：
1）熱源：包括各部分進(jìn)給電動(dòng)機(jī)、主軸電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠傳動(dòng)副、導(dǎo)軌、主軸軸承。
2）輔助裝置：包括液壓系統(tǒng)、制冷機(jī)、冷卻和潤滑位移檢測系統(tǒng)。
