机床作为最基础的制造单元装备和工作母机,在将毛坯转化为零件的加工过程中产生大量能耗。随着能源短缺问题日益严峻,机床的能耗问题成为当前国际关注的热点。机床能耗模型可为产品生命周期评价、机床系统节能设计以及工艺方案优化等提供所需的机床能耗信息,因此其准确性及适用性尤为重要。针对目前机床能耗模型研究存在的问题,本文通过实验检测及数据拟合,对数控机床能耗及比能耗进行层次化了整合分析及建模,并对各自的参数影响规律进行了分析。具体工作概括如下：搭建了数控机床能耗测试平台,可同时对切削力、机床功率进行在线监测,从而为建模分析提供数据支持。结合材料去除能耗机理,提出根据切削力经验公式建立切削比能幂率函数的方法,建立了切削比能与切削参数之间的直接关系模型。分析了单参数影响下的切削比能变化规律,并揭示了其影响机理。切削参数影响材料去除过程中的材料变形量及刀具与材料间的摩擦力,进而影响切削比能,切削三要素对其影响从大到小依次是：进给量、切削速度、背吃刀量。根据数控机床结构及部件能耗特性,将机床系统划分为负载无关部件和负载相关部件两部分,基于实验建立了实用能耗模型。其中,与负载无关的机床辅助系统可分为间歇动作模块和恒功率运行模块,利用开关函数及常量对其能耗进行量化；而对于与负载相关的加工动力驱动系统,根据其能耗流程分为空载、负载及负载损耗三部分,并建立了功率平衡方程。实验表明,对于主要依靠机械装置进行调速的传统数控机床,其主轴空载功率与转速呈单调递增关系,而对于依靠变频器或伺服系统进行无级变速的高端数控机床,其主轴空载功率则主要取决于电机的运行特性,但二者均可用多项式进行量化,函数阶次越高准确性越高；机加工中造成的负载损耗与负载功率呈二次函数关系；切削负载功率可用材料切削比能进行计算。在建立数控机床能耗模型基础上进一步建立了机床层切削比能模型,机床整机比能耗分机床固定比能、操作比能、材料切削比能以及非生产比能四部分,将前人的概念模型量化为定量方程,并分析了其参数影响规律。分析结果表明,提高材料去除率尤其是选取大的进给量和背吃刀量,可降低切削比能,提高机床能效、加工效率,对降低加工能耗有关键作用。