机床是机械加工制造业的工作母机,能源消耗总量巨大,但能量利用率较低;目前,关于数控机床节能降耗的研究,主要是通过优化机床运行过程的加工参数,从而降低能耗、提高其能量效率。这种方法对于降低机床能耗具有一定意义,但是并没有从根源上解决数控机床能源消耗问题,制约了数控机床的能效提升。如何从设计阶段考虑降低数控机床能耗,提升其能量效率,是一个值得深入研究的问题。基于此,本论文以量大面广的数控滚齿机床为研究对象,针对其进给系统这一重要耗能部件对其能耗特性及节能潜力进行深入研究,提出一种数控滚齿机床进给系统节能设计优化方法,从设计阶段考虑机床运行阶段的节能优化,以实现数控滚齿机床能量效率的提升。首先,分析数控滚齿机床进给系统的能耗构成特性,构建进给系统能耗模型;基于此,研究进给系统机电传动单元、运动部件及伺服控制单元对数控机床能源消耗的影响,分析机电传动单元和运动部件及伺服控制单元的节能设计机理,提出伺服电机参数及机械传动参数集成优化方法和运动部件结构参数及伺服控制参数集成优化方法。其次,综合考虑伺服电机参数和机械传动参数对机电传动单元能耗的影响作用,构建面向节能的进给系统机电传动单元设计优化流程,并提出机电传动单元能耗和成本模型;在此基础上,针对数控滚齿机床常用齿轮加工参数,以伺服电机峰值功率、额定功率、额定转速及蜗轮蜗杆传动比为优化变量,建立机电传动单元最低能耗和最小成本的多目标优化模型,并利用改进的多目标教与学算法对模型进行求解,获得机电传动单元的最优设计参数。然后,综合考虑数控机床运动部件结构和伺服控制系统对进给系统能耗的影响规律,提出运动部件及伺服控制单元节能设计优化方法。在构建进给系统功率流方程的基础上,设计伺服滑模控制器,并建立伺服电机角位移稳态误差仿真模型;利用正交实验和方差分析选取对能耗和稳态误差有显著影响的参数作为优化变量,建立以最低能耗和最小稳态误差为多目标的优化模型,并利用鲸鱼优化算法进行求解。最后,利用MATLAB/Simulink建立数控滚齿机床进给系统能耗仿真模型和控制性能仿真模型。以实际滚齿加工参数作为输入工况,通过仿真分析得到设计优化前后进给系统的能耗;同时,将结构性能参数和控制参数调整前后的进给驱动系统控制性能进行仿真分析,确保数控滚齿机床的加工精度。