Die Sicherung der thermischen Stabilität der Werkzeugmaschinen spielt eine große Rolle bei der präzisen Bearbeitung des Werkstückes. Insbesondere ist es wünschenswert, die Veränderungen an der Wirkstelle vorherzusagen, die etwa durch den Wärmeeintrag heißer Späne im Maschinenbett oder der Antriebe entstehen. Wichtig ist es auch, den Einfluss der Umgebungstemperaturen und der Temperaturschichtung in der Maschinenhalle zu berücksichtigen. Die Temperatureffekte, die durch die unmittelbare Bearbeitung des Werkstückes (Bohren, Fräsen, Drehen, Schleifen) im Arbeitsraum entstehen, müssen ebenfalls untersucht werden. Bei der sich immer stärker durchsetzenden Trockenbearbeitung wird auf das Kühlschmiermittel vollkommen verzichtet. Hier treten in besonderem Maße Temperaturprobleme auf, die die Bearbeitungsqualität negativ beeinflussen.
Die wichtigsten im Kraftfluss liegenden Baugruppen einer Werkzeugmaschine sind in Abbildung 1 dargestellt. Das 3D-CAD-Modell besteht aus dem Maschinenbett (M), dem Ständer (ST), dem Spindelsupport (SS), der Bearbeitungsspindel (S), dem Querschlitten (QS), dem Teiletisch (TT) und der Palette (P).
Im Finite-Elemente-Modell (Abbildung 2) wurde zusätzlich noch die Einhausung des Arbeitsraumes durch dünne Schalenelemente einbezogen.
In das Berechnungsmodell wurden die Temperaturschichtung in der Maschinenhalle, Kühlkreisläufe in Bett und Ständer sowie Temperaturkopplungen zwischen den einzelnen Baugruppen integriert. Außerdem wurde die Strahlung innerhalb des Arbeitsraumes berücksichtigt.
Als Ergebnisse der Berechnungen konnten im ersten Schritt die Temperaturverteilungen (Abbildung 3) innerhalb der Maschine ermittelt werden. Von besonderem Interesse waren hier Angaben, nach welcher Zeit ein thermisch stabiler Zustand eintritt. Im zweiten Schritt wurden die Verschiebungen berechnet, die durch die Temperaturverteilung hervorgerufen werden. Damit konnte unter anderem der Einfluss der verschiedenen Kühlkreisläufe im Bett und im Ständer auf die Bearbeitungsgenauigkeit miteinander verglichen werden.
