機床受到車(chē)間環境溫度變(biàn)化、電動機發熱和機械運動摩擦發熱、切削熱以及冷卻介質的影響，會導緻機床各部的溫升不均勻，導緻機床形态精度及加工精度的變(biàn)化。比如，在一台普通精度的數控銑床上加工70mm×1650mm的螺杆，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(biàn)化可達85m。而在恒溫的條件下，誤差可以減小到40m。
再比如，一台用於(yú)雙端面磨削0.6～3.5mm厚的薄鋼片工件的精密雙端面磨床，在驗收時加工200mm×25mm×1.08mm鋼片工件能達到mm的尺寸精度，彎曲度在全長内小於(yú)5m。但連續自動磨削1h後，尺寸變化範圍增大至12m，冷卻液溫度由開機時的17℃上升到45℃。由於(yú)磨削熱的影響，導緻主軸軸頸伸長，主軸前軸承間隙增大。據此，爲該機床冷卻液箱添加一台5.5kW制冷機，效果十分理想。實踐證明，機床受熱後的變形是影響加工精度的重要原因。但機床是處在溫度随時随處變化的環境中；機床本身在工作時必然會消耗能量，這些能量的相當一部分會以各種方式轉化爲熱，引起機床各構件的物理變化，這種變化又因爲結構形式的不同，材質的差異等原因而千差萬别。機床設計師應掌握熱的形成機理和溫度分布規律，採(cǎi)取相應的措施，使熱變形對加工精度的影響縮減到最低。
我們國家幅員遼闊，大部分地區處於(yú)亞熱帶地區，一年四季的溫度變(biàn)化較大，一天内溫差變(biàn)化也不一樣。因此，人們對室内(如車間)溫度的幹預的方式和程度也不同，機床周圍的溫度氛圍千差萬别。舉個例子，長三角地區季節溫度變(biàn)化範圍約45℃左右，晝夜溫度變(biàn)化約5～12℃。機加工車間一般冬天無供熱，夏天無空調，但隻要車間通風較好，機加工車間的溫度梯度變(biàn)化不大。而東北地區，季節溫差可達60℃，晝夜變(biàn)化約8～15℃。每年10月下旬至次年4月初爲供暖期，機加工車間的設計有供暖，空氣流通不足。車間内外溫差可達50℃。因此車間内冬季的溫度梯度十分複雜，測量時室外溫度1.5℃，時間爲上午8:15-8:35，車間内溫度變(biàn)化約3.5℃。精密機床的加工精度在這樣的車間内受環境溫度影響将是很大的。
究竟是哪些原因，影響著(zhe)機床近距離範(fàn)圍内各種布局形成的熱環境呢？
1)車間小氣候：如車間内溫度的分布(垂直方向、水平方向)。當晝夜交替或氣候以及通風變(biàn)化時車間溫度均會産(chǎn)生緩慢變(biàn)化。
2)車間熱源：如太陽照射、供暖設備(bèi)和大功率照明燈的輻射等，它們離機床較近時可直接長時間影響機床整體或部分部件的溫升。相鄰設備(bèi)在運行時産(chǎn)生的熱量會以幅射或空氣流動的方式影響機床溫升。
3)散熱：地基有較好的散熱作用，尤其是精密機床的地基切忌靠近地下供熱管道，一旦破裂洩漏時，可能成爲一個難以找到原因的熱源；敞開的車(chē)間将是一個很好的“散熱器”，有利於(yú)車(chē)間溫度均衡。
4)恒溫：車(chē)間採(cǎi)取恒溫設施對精密機床保持精度和加工精度是很有效果的，但能耗較大。
1)機床結構性熱源。電動機發熱如主軸電動機、進給伺服電動機、冷卻潤滑泵電動機、電控箱等均可産生熱量。這些情況對電動機本身來說是允許的，但對於(yú)主軸、滾珠絲杠等元器件則有重大不利影響，應採取措施予以隔離。當輸入電能驅動電動機運轉時，除瞭(le)少部分(約20%左右)轉化爲電動機熱能外，大部分将由運動機構轉化爲動能，如主軸旋轉、工作台運動等；但不可避免的仍有相當部分在運動過程中轉化爲摩擦發熱，例如軸承、導軌、滾珠絲杠和傳動箱等機構發熱。
2)工藝過程的切削熱。切削過程中刀具或工件的動能一部分消耗於(yú)切削功，相當一部分則轉化切削的變形能和切屑與刀具間的摩擦熱，形成刀具、主軸和工件發熱，並(bìng)由大量切屑熱傳導給機床的工作台夾具等部件。它們将直接影響刀具和工件間的相對位置。
3)冷卻。冷卻是針對機床溫度升高的反向措施，如電(diàn)動機冷卻、主軸部件冷卻以及基礎(chǔ)結構件冷卻等。高端機床往往對電(diàn)控箱配制冷機，予以強迫冷卻。
機床的結構形态對溫升的影響在機床熱變(biàn)形領域讨論機床結構形态，通常指結構形式、質量分布、材料性能和熱源分布等問題。結構形态影響機床的溫度分布、熱量的傳(chuán)導方向、熱變(biàn)形方向及匹配等。
1)機床的結構形态。在總體結構方面，機床有立式、卧式、龍門式和懸臂式等，對於(yú)熱的響應和穩定性均有較大差異。例如齒輪變速的車床主軸箱的溫升可高達35℃，使主軸端上擡，熱平衡時間需2h左右。而斜床身式精密車銑加工中心，機床有一個穩定的底座。明顯提高瞭(le)整機剛度，主軸採用伺服電動機驅動，去除瞭(le)齒輪傳動部分，其溫升一般小於(yú)15℃。
2)熱源分布的影響。機床上通常認爲熱源是指電動機。如主軸電動機、進給電動機和液壓系統等，其實是不完全的。電動機的發熱隻是在承擔負荷時，電流消耗在電樞阻抗上的能量，另有相當一部分能量消耗於(yú)軸承、絲杠螺母和導軌等機構的摩擦功引起的發熱。所以可把電動機稱爲一次熱源，将軸承、螺母、導軌和切屑稱之爲二次熱源。熱變形則是所有這些熱源綜合影響的結果。一台立柱移動式立式加工中心在Y向進給運動中溫升和變形情況。Y向進給時工作台未作運動，所以對X向的熱變形影響很小。在立柱上，離Y軸的導軌絲杠越遠的點，其溫升越小。該機在Z軸移動時的情況則更進一步說明瞭(le)熱源分布對熱變形的影響。Z軸進給離X向更遠，故熱變形影響更小，立柱上離Z軸電動機螺母越近，溫升及變形也越大。
3)質量分布的影響。質量分布對機床熱變(biàn)形的影響有三方面。其一，指質量大小與集中程度，通常指改變(biàn)熱容量和熱傳(chuán)遞的速度，改變(biàn)達到熱平衡的時間
其二，通過改變(biàn)質量的布置形式，如各種筋闆的布置，提高結構的熱剛度，在同樣溫升的情況下，減小熱變(biàn)形影響或保持相對(duì)變(biàn)形較小；
其三，則指通過改變(biàn)質量布置的形式，如在結構(gòu)外部布置散熱筋闆，以降低機床部件的溫升。
材料性能的影響：不同的材料有不同的熱性能參(cān)數(比熱、導熱率和線膨脹系數)，在同樣熱量的影響下，其溫升、變(biàn)形均有不同。
1、機床熱性能測試的目的控制機床熱變形的關鍵是通過熱特性測試，充分瞭(le)解機床所處的環境溫度的變化，機床本身熱源及溫度變化以及關鍵點的響應(變形位移)。測試數據或曲線描述一台機床熱特性，以便採(cǎi)取對策，控制熱變形，提高機床的加工精度和效率。
2、機床熱變(biàn)形測(cè)試的原理熱變(biàn)形測(cè)試首先需要測(cè)量若幹相關點的溫度，包含以下幾方面：
1)熱源：包括各部分進給電動機、主軸電動機、滾珠絲杠傳(chuán)動副、導(dǎo)軌、主軸軸承。
2)輔(fǔ)助裝置：包括液壓系統、制冷機、冷卻和潤滑位移檢測(cè)系統。
3)機械結構：包括床身、底座、滑闆、立柱和銑頭箱體和主軸。在主軸和回轉工作台之間夾持有铟鋼測棒，在X、Y、Z方向配置瞭(le)5個接觸式傳感器，測量在各種狀态下的綜合變(biàn)形，以模拟刀具和工件間的相對位移。
3、測試數據處理分析機床熱變(biàn)形試驗要在一個較長的連續時間内進行，進行連續的數據記錄，經過分析處理，所反映的熱變(biàn)形特性可靠性很高。如果通過多次試驗進行誤差剔除，則所顯示的規律性是可信的。主軸系統熱變(biàn)形試驗中共設置瞭(le)5個測量點，其中點1、點2在主軸端部和靠近主軸軸承處，點4、點5分别在銑頭殼體靠近Z向導軌處。測試時間共持續瞭(le)14h，其中前10h主軸轉速分别在0～9000r/min範圍内交替變(biàn)速，從第10h開始，主軸持續以9000r/min高速旋轉。
因此，我們可以得出以下結論：
1)該主軸的熱平衡時間約1h左右，平衡後溫升變(biàn)化範(fàn)圍1.5℃；
2)溫升主要來源於(yú)主軸軸承和主軸電動機，在正常變(biàn)速範圍内，軸承的熱态性能良好；
3)熱(rè)變(biàn)形在X向影響很小；
4)Z向伸縮變(biàn)形較大，約10m，是由主軸的熱伸長(zhǎng)及軸承間隙增大引起的；
5)當轉速持續在9000r/min時，溫升急劇上升，在2.5h内急升7℃左右，且有繼續上升的趨勢，Y向和Z向的變形達到瞭(le)29m和37m，說明該主軸在轉速爲9000r/min時已不能穩定運行，但可以短時間内(20min)運行。機床熱變形的控制由以上分析讨論，機床的溫升和熱變形對加工精度的影響因素多種多樣，採(cǎi)取控制措施時，應抓住主要矛盾，重點採(cǎi)取一、二項措施，取得事半功倍的效果。在設計中應從4個方向入手：減少發熱，降低溫升，結構平衡，合理冷卻。
