当前,社会经济发展面临地球资源锐减和环境恶化的严峻挑战,低耗节能成为社会迫切需求。我国机床保有量世界第一,节能减排空间巨大。在机床加工使.用过程中,切削参数和刀具参数影响工件加工质量、生产效率、能耗和碳排放。基于正交试验测试,利用方差分析、极差分析和田口稳健方法,本文分析了加工能耗、加工工时、表面粗糙度等与切削、刀具参数和切削液使用之间影响关系及设计工艺参数的优化选择。主要研究内容包括:(1)建立了数控车床能耗测试试验系统,基于正交试验设计,进行了使用切削液时硬质合金刀具加工45钢正交试验能耗测试。试验结果分析表明,切削深度、进给量、切削速度对总能耗、平均功率和加工工时都有显著影响,各因素最大水平参数组合使总能耗和加工工时最小和最稳健;使平均功率最小和最稳健的试验参数水平组合为切削深度0.25 mm、进给量0.10 mm/r、切削速度62.5 m/min;进给量和切削速度对粗糙度影响显著,切深影响不显著。从粗糙度均值和稳健角度,三因素最优水平可取为切削深度0.50 mm、进给量0.05 mm/r、切削速度75 m/min。(2)不使用切削液时能耗正交试验分析表明,使总能耗和加工工时最小和稳健的参数组合与使用切削液时相同;使平均功率最小和取值最稳健的试验参数水平组合为切削深度0.25 mm、进给量0.15 mm/r、切削速度50 m/min;使表面粗糙度最小和最稳健的试验参数水平组合为切削深度0.25 mm、进给量0.05 mm/r、切削速度75 m/min。使用和不使用切削液时测试结果对比分析表明,不使用切削液时加工过程能耗、平均功率都明显降低。未使用切削液时在该试验条件下粗糙度有所提高,切削速度对其影响较大。(3)切削深度、进给量和刀具主偏角能耗正交试验分析表明,切削深度、进给量对总能耗和平均功率影响显著,主偏角影响不显著。主偏角对表面粗糙度影响显著,切深和进给量影响不显著。在给定的加工测试条件下,使总能耗最优和稳健的参数组合为切削深度0.75 mm、进给量0.15 mm/r、主偏角50°;使平均功率最小和最稳健的试验参数水平组合为切削深度0.25 mm、进给量0.05 mm/r、主偏角75°;使表面粗糙度值最小和稳健参数水平组合为切削深度0.25 mm、进给量0.1 mm/r、主偏角93°。切削深度对加工工时影响最大,主偏角影响最小。本文研究将为我国制造企业在使用数控机床加工过程中选择合理的切削参数及刀具角度,降低能耗和碳排放,提高加工效率和加工质量提供支持。