数控机床是制造国之重器亟需的关键核心装备。近年来，我国高端数控机床出厂性能取得显著提升，但其精度保持性等服役性能的不足，制约了在关键领域实现国产替代的进程，亟待通过数字化手段实现服役性能的精准刻画。数字孪生技术通过深度融合模型驱动与数据驱动方法，集成多维多尺度模型与多源异构数据，构建高保真全息映射的虚拟机床，为数控机床服役性能的精准刻画与表征提供有效手段。提出面向服役性能的数控机床数字孪生建模理论框架，在此基础上针对高端数控机床提出服役性能的影响机理与模型构成要素分析、多维多尺度数字孪生模型构建、变工况下多维多尺度数字孪生模型验证三项关键技术。相关工作期望能为提升数控机床服役性能提供理论参考。