全球制造业正面临着气候变化、能源成本和能源安全等问题的严峻考验，为此，制造业在不断寻求一条可持续发展的道路以降低企业对化石能源的依赖和减少温室气体的排放量。可持续制造的应用给工业提供了一种平衡经济、社会和环境之间性能的有效方法。从可持续角度出发，机床加工过程作为一种高能耗的制造过程，减少机床加工过程的能源消耗不仅可以为制造企业节约大量的能源，同时可以减少产品生产制造过程对环境的负面影响。本文的研究以机床装备为对象，分别研究机床层和车间层能耗的定量分析方法，并在此基础上，研究机床加工过程由于电能消耗产生的碳排放量的定量分析方法。首先，本文对机床层能耗定量分析方法进行研究。通过对机床能耗部件的分解和机床加工状态的分析，提出了一种基于虚拟仿真技术的机床层能耗分析方法。为了获取准确、有效的数据，对HURCO数控铣削中心进行了功率测试实验，采用数据拟合等手段，建立了机床部件的能耗模型。同时，利用开发的机床能耗仿真模块验证了提出的机床层能耗分析方法的可行性与有效性。其次，本文对车间层能耗定量分析方法进行研究。通过对机床不同加工阶段的分析，提出了一种基于简化功率曲线的车间层机床设备能耗定量分析方法，并阐述了方法的实现流程。对降低车间层能耗的改进方案进行了初步的探讨。同时，以某型号的汽车发动机飞轮加工为例，在ProModel环境下建模并仿真。然后，本文以不同类型能源发电的电能碳排放因子为基础，从电网层出发，研究了机床加工过程由于电能消耗产生的碳排放量的定量分析方法。最后，本文使用Visual Basic语言，针对机床层能耗、车间层能耗和碳排放量，开发了综合的仿真分析模块，为机床加工过程能耗及碳排放量的分析提供了可视化的工具。