制造业在带动中国经济高速发展的过程中也产生巨大的能源消耗,对环境造成不可忽视的污染。在整个制造行业中,数控机床使用愈加广泛并且数量愈加庞大,节能减排显得尤为迫切和重要,需要在生产过程中节约能源,提高单位能源产出率,以及减少碳排放量,降低对环境的负面影响。因此,研究加工过程中的能源利用效率和碳排放量计算可以帮助企业实现经济效益与环境效益双赢,具有很高的现实意义。能耗建模是能效优化的基础,其准确性直接影响能效分析结果的正确性与精准性。针对数控铣削过程,从能耗分析入手,利用机床加工能耗监测平台,分析机床不同加工状态下机床能源消耗情况,通过理论与实验结合的方式提出铣削加工能效计算模型,并对其正确性进行验证,最后在切削实验数据基础上分析切削参数对电能能源利用效率的影响规律。目前对机床能源利用情况研究大多是从电能消耗角度出发,忽略了物料对能源利用效率的影响。为了在同一尺度上更加全面地分析机床加工过程中能源和物料的利用情况,在能效分析基础上,采用(火用)理论分析铣削过程中能量和物料的利用情况,划定了铣削过程的用能边界和用能结构。建立了加工过程的(火用)传递平衡方程,对系统中输入与输出(火用)值的不平衡状态进行了分析,结合机床铣削正交实验数据,研究了切削参数对(火用)损耗和(火用)效率的影响规律,并对比分析了传统能效分析中的平均能效与(火用)效率的差异。在能耗研究基础上,对铣削加工过程中各阶段的碳排放特征进行分析,确定了加工过程中三种间接碳源产生的碳排放量与生产投入物料、能量消耗、废物回收利用等因素的关系,建立了三种碳源的碳排放量计算模型,提出采用单位体积材料去除碳排放量作为碳效率衡量标准,分析了铣削参数和材料去除体积对碳效率的影响规律。针对目前加工过程多目标优化方法研究多集中是加工成本最低、完工时间最短、车间设备利用率最高等方面,对碳排放量与能源利用效率方面考虑不足的问题,在铣削过程(火用)损耗和碳排放研究基础上,将铣削四要素作为决策变量,提出了一种综合考虑(火用)效率、碳排放量以及加工成本的切削参数多目标优化方法,并建立了相应的多目标优化函数。然后采用非线性规划遗传算法,结合约束条件对多目标数学模型进行求解。以某凸模板零件铣削加工为例,对比分析了优化前后各加工方案的单位体积切削(火用)损耗、碳排放量和加工成本情况,验证了所建立模型和方法的有效性和实用性。