Исследованиями многих авторов установлено, что тепловое состояние технологической системы является нестационарным, что говорит о важной роли тепловых деформаций в общем балансе погрешностей обработки.
Особую роль играют тепловые деформации в станках с ЧПУ, так как эти станки являются более энергоемкими, а доля машинного времени достигает 70–90%. В станках с ЧПУ до 50% энергии, подводимой к ним, рассеивается в его узлах и деталях, тем самым увеличивая теплонапряженность конструкции станка. Доля тепловых погрешностей в общем балансе точности станков с ЧПУ может достигать 30–70%, причем характер и степень их влияния неодинаковы для различных параметров точности обрабатываемых деталей.
Одним из источников образования тепла в станке является шпиндельная бабка. Температура в различных точках корпуса бабки изменяется в пределах 10…50 град. Наиболее высокая температура наблюдается в местах расположения подшипников шпинделя и подшипников быстроходных валов. Температура валов и шпинделей на 30…40% выше средней температуры корпусных деталей, в которых они смонтированы. Относительно сильный нагрев шпиндельных бабок влечет за собой изменение положения оси шпинделя.
Например, шпиндель передней бабки токарного станка может сместиться по вертикальной и горизонтальной плоскости на несколько сотых долей миллиметра [1].
Источником теплообразования в работающем подшипнике является трение между его деталями. Момент трения зависит от конструкции подшипника, а также точности его изготовления и монтажа в узле.
Таким образом, точность и производительность металлорежущего станка во многом определяются шпиндельным узлом (ШУ) и в первую очередь зависят от температурных полей и вызванных ими тепловых деформаций ШУ. Тепловыделения регламентируются допустимым нагревом подшипников. Для станков класса Н норма нагревания наружного кольца подшипника составляет 70 °С (рис. 1) [2], при этом увеличение температуры на каждые 15 °С вдвое снижает ресурс работы подшипника [1].