离散制造业,量大面广、能耗总量巨大而能效普遍很低,提升离散制造业能量效率已成为绿色制造的重要战略。作为离散制造业的典型制造装备,机床具有能量消耗特性复杂且能效提升潜力很大等特点,其能效研究在国际上迅速兴起。开发高能效机床和机床高能效服役是机床用户提升机床能量效率的两大途径。但是,现有机床能效研究主要集中在机床高能效服役方面,而对如何开发高能效机床的研究还远不够,特别是还缺乏如何揭示机床与生俱来的能量消耗特性以开发高能效机床的研究。为此,本文在国家自然科学基金等项目的支持下,提出采用固有能效要素反映机床与生俱来的能量消耗特性,并对机床固有能效要素的构成、建模、获取方法以及其应用进行了研究,主要工作如下:对机床固有能效要素的构成与建模进行了研究。分析了机床多源多层能耗特性、时段能耗特性以及载荷损耗特性等三种固有能耗特性,揭示了机床待机时段、加工准备时段、空载时段以及加工时段等四个能耗时段的固有能效要素构成,建立了各能耗时段固有能效要素的通用模型,并由此建立了机床固有能效要素的构成框架。对机床固有能效要素中关键要素——载荷损耗函数的获取方法进行了研究。首先,提出了基于功率传递视角的机床载荷损耗函数获取方案;然后,建立了基于变频器基础参数的变频器功耗模型和基于电机基础参数的主轴电机功耗模型,并由此推导出了描述机床载荷损耗特性的载荷损耗函数理论模型;基于此,提出了通过计算获取载荷损耗系数来获取机床载荷损耗函数的方法;之后,通过实验验证和案例研究分析了所建模型的精度和实用性。对机床固有能效要素智能化综合获取方法进行了研究。针对固有能效要素检测过程困难、检测数据不全、数据处理繁杂等问题,首先提出了智能化综合获取机床固有能效要素的思路及流程;然后建立了固有能效要素检测实验设计、检测过程数控程序自动生成以及检测数据自适应建模和获取等关键技术,并设计开发了机床固有能效要素智能化综合获取支持系统,最后通过案例研究分析了上述方法和系统的可行性和实用性。对固有能效要素在机床开发阶段和服役阶段能效研究中的应用进行了研究分析,建立了机床固有能效要素在机床开发和服役阶段的应用框架,并系统性地分析了固有能效要素的应用研究内容与方向,并对机床开发和机床服役两个应用方向规划了如下两个应用研究问题。对第一个应用研究问题——基于固有能效要素的机床开发阶段能效评估问题进行了研究。首先,通过建立基于固有能效要素的机床开发方案关联参数模型和面向预期任务的当量工件关联参数模型,导出了反映机床各开发方案完成企业预期任务能量效率表现情况的能效潜力评估模型;然后,通过基于能效潜力评估的高能效机床选择案例验证上述能效评估模型的可行性和实用性。对第二个应用研究问题——基于固有能效要素的机床服役阶段能量效率获取与评价问题进行了研究,建立了基于固有能效要素的机床服役阶段实时能量效率获取方法和能量效率精细评价方法;分析了基于所提实时能量效率获取方法和精细评价方法的集成应用系统。以上机床固有能效要素的构成、建模及获取方法研究可为机床能效研究提供基础理论和基础技术支持;同时,固有能效要素在机床服役阶段和开发阶段的应用研究,可为攻克量大面广的机床能量效率提升问题提供应用技术支持,具有较广阔的应用前景。