虚拟数控加工是真实加工过程在虚拟环境下的映射。其目标是建立一个真实的可视化加工环境,用以仿真和评价各加工过程对加工结果的影响。目前数控机床已经在制造业中得到广泛应用,为了避免因机床走刀错误而造成数控设备损坏的危险,提高数控加工效率,缩短产品的生产周期,降低开发成本,减少废品率,需要对数控加工过程进行仿真,以虚拟加工的形式在计算机上完成对数控程序的检验;同时采用虚拟加工技术在对数控机床用户进行培训及数控类课程的教学中也能大大提高教学效果。本文以研制高品质虚拟加工系统为目标,对数控车削加工的三维仿真关键技术进行了深入研究,针对Siemens数控系统机床在Windows2000/XP平台上运用Visual C++6.0和OpenGL图形技术独立开发出了虚拟数控车削加工系统。本文主要完成了以下内容:1.对三维几何造型理论进行深入研究,总结出当前解决几何造型问题的主要方法,并提出了混合模式的建模方案。将虚拟加工三维场景中的几何模型进一步划分为静态模型和动态模型,并针对静态模型开发了实体读入接口,实现了系统平台的快速三维静态几何造型功能。2.对虚拟加工场景建模技术进行研究,使用OpenGL显示列表技术构建了虚拟组件库,并使用虚拟装配技术以苏州大学工程训练中心的CYNC-400数控机床为原型建造了虚拟加工三维场景。对数控插补技术和动画控制技术进行研究,构建了虚拟机床的运动控制模型,实现了加工过程的三维动画仿真。采用空间单元表示法构造了虚拟工件的动态几何模型。3.分析数控语言结构,借鉴一般计算机高级语言编译技术,对数控程序进行词法分析、语法分析、语义分析,系统地完成对数控程序各种错误的检验。4.对碰撞和干涉检验技术进行研究,实现了系统对碰撞和干涉的图形检验和报告生成。用户不仅可以从计算机显示器上直观地看到碰撞和干涉的情况,还可以从报告中进一步了解碰撞和干涉的性质以及发生碰撞和干涉情况时的刀位点坐标,为进一步完善数控程序提供了依据。5.开发的虚拟控制面板完全仿真实际机床的界面,含有CRT显示器和MDI键盘操作面板,通过对面板上按钮的控制可以实现相应的操作功能,例如通过按钮控制可以显示机床的各种参数、编辑或改动储存在控制器内的程序,也可以通过按钮点击启动主轴顺时针或逆时针转动和调整转速等。6.开发了帮助模块,对该系统现有功能和使用方法做出说明。以上研究成果已经全部集成到本人独立开发的SINUMERIK 802D数控车削加工系统之中。经过实例分析,其逼真的仿真效果、良好的用户接口和虚拟控制面板上的按钮控制功能给数控加工的教学和培训带来方便,具有很好的应用前景。