数控机床使用范围非常广泛，且数量惊人，但能量使用效率普遍较低，大多数数控机床的能量平均有效利用率都不到30%，因此数控机床能效提升潜力巨大。主传动系统能量的流动是数控机床加工系统能量流动的主体，主要体现在主传动系统中的能量流占整个数控机床加工系统传输能量的95%以上，因此探究数控机床主传动系统能耗特性，提出基于能量利用率方程的主传动系统运行节能措施对整个数控机床的优化节能都具有十分重要的意义。本论文主要对数控机床中应用较为广泛的数控铣床的主传动系统能耗特性和主轴优化节能技术进行了研究，主要研究工作如下：首先，对主传动系统中的电机拖动系统和机械传动系统进行分别描述和建模，然后得出数控机床主传动系统通用的能量流数学模型，通过对主传动系统的能量流数学模型及其结构进行分析，建立了数控机床中应用较为广泛的数控铣床主传动系统功率平衡方程。其次，通过建立的数控铣床主传动系统功率平衡方程推导出主传动系统能耗模型及能量利用率方程，通过对主传动系统能量利用率方程进行分析得出主传动系统的优化节能途径。然后，基于提出的优化途径，建立主传动系统主轴旋转加速功率与加速时间的函数关系，通过选取合适的主轴变频器加速时间来降低主轴能耗，从而降低主传动系统总能耗，最终提高主传动系统能效。最后，基于XK713型数控铣床进行了实验验证分析，实验结果表明了该方法的可行性。