数控机床作为制造业关键基础装备,在工业化进程中扮演着极其重要的角色,反映了一个国家制造业的发展水平和制造能力。目前,数控机床存在能耗高、能量效率低下等问题。并且随着数控机床精密化程度的提高,热平衡调控过程在机床能量使用、维持热平衡状态和精度保证等方面越来越重要。此外,热平衡调控过程和材料去除过程之间存在复杂的耦合关系,共同影响着数控机床热平衡特性和能量特性,耦合机理亟待解决。考虑到数控机床热平衡调控过程在维持机床热平衡状态、保证加工精度方面的重要性,本文以数控机床为研究对象,开展了数控机床热平衡调控能耗建模及其与材料去除过程耦合关系的研究,为机床高效节能精密加工提供了理论依据。本文主要内容如下:首先,开展数控机床热平衡特性模型研究。分析数控机床产热源头及热平衡调控措施,阐明机床产热与散热特性,针对机床典型的产热环节,建立关于输入材料去除过程电能的产热计算模型,基于热力学基础知识,建立关于输入热平衡调控过程电能的散热计算模型,为后续章节中热平衡调控过程能耗及机床能效建模奠定理论基础。然后,开展考虑热平衡调控的数控机床能效评价模型研究。分析数控机床结构组成和过程耗能情况,从热力学角度对热平衡调控过程的能耗进行建模分析,基于切削理论建立材料去除过程能耗模型,根据机械加工系统能量效率的定义,提出热平衡调控过程能量效率指标和考虑热平衡调控的数控机床能效指标,为后续章节实验研究分析提供支撑。最后,开展切削实验研究。基于正交实验设计方法进行铣削实验,验证所提热平衡特性模型和考虑热平衡调控的数控机床能效模型的实用性和有效性,进一步揭示热平衡调控过程与材料去除过程之间的耦合关系,根据实验数据,得到数控机床能量特性和热平衡特性变化规律,探究机床总能耗、热平衡调控能效和加工精度之间的联系。