随着数控加工技术的进步,机械加工的效率和精度得到了进一步的提升,但机床的结构与空间运动也变得更加复杂,数控编程变得更加困难,很容易出现编程错误,而数控加工仿真是验证程序正确性最为有效的手段。本文针对目前国内数控仿真软件实时性差,精度低等问题,对数控加工仿真的若干关键技术问题进行了深入的研究,有效提高了数控仿真的精度与效率。虚拟数控机床是数控加工仿真的基础,数控仿真中模拟真实机床运动过程的运动仿真就是通过虚拟数控机床来实现的。针对虚拟数控机床建模复杂的问题,提出了一种基于组件树结构的虚拟数控机床建模方法,简化了虚拟数控机床的建模过程;针对每种结构机床都要单独进行运动学推导的问题,推导了数控机床的通用运动学模型,实现了对同类型不同结构机床的运动学模型做统一表达。刀具扫描体的几何造型是数控加工仿真的关键,对数控仿真中的材料去除过程起着重要的作用。针对在刀具扫描体几何造型时存在的时间复杂度高的问题,本文以包络理论为基础、GPU为主要硬件平台结合APT刀具模型,提出了一种并行运算加速的通用刀具扫描体几何造型算法,实现了对各类刀具扫描体的快速准确几何造型。同时,针对刀具扫描体几何造型过程中的自相交问题,提出了一种基于等距操作的解决方法,有效的解决了自相交问题。布尔运算是数控加工仿真的核心问题,数控仿真中的材料去除过程就是通过工件与刀具扫描体之间的布尔减运算来实现的。本文实现了一种基于STL模型布尔运算算法,并针对该算法存在的效率低、鲁棒性差的问题进行了相应的改进。提出了一种基于哈希表与饱和点的STL模型快速拓扑重建算法,提高了算法的效率;在原有算法的基础上提出一种基于降维投影处理的空间三角形求交算法,并对各种奇异情况进行了详细的分析,提高了算法的效率与鲁棒性。最后,基于以上研究工作,利用VS C++2010,OpenGL,QT5.7开发了一套数控仿真原型系统,并通过加工实例对本文的算法进行了实验分析,结果表明了本文研究工作的正确性与可行性。