由于数控机床的高效率、高质量和高柔性的特点,使得它在制造业中迅速普及。如何保证数控程序的正确性已成为数控加工中突出的问题。随着计算机图形学和可视化技术的发展,将刀具轨迹或加工成型过程形象地在屏幕上显示出来,以便操作者检查程序的正确性是一种经济有效的方法。 本文引入了面向对象程序设计的基本概念于虚拟数控机床的设计。根据制造系统各个组成部分在加工过程中的特点,可把它们分成三类:静态物体、运动物体和工件物体。论文采用了三维实体几何建模系统对静态物体和运动物体进行外形设计的方法,该方法通过导出STL数据文件的方法,再将其转化到OpenGL中,从而简化了虚拟加工环境的设计。为了模拟加工过程中工件材料的切除,对工件物体采用了参数化特征造型方法进行外形设计。类的各个属性与该类物体的运动函数有机地集成起来,构成类。通过操纵制造系统中的各个物体,最终实现虚拟数控机床的动态仿真。 碰撞检测问题是虚拟数控车削系统的不可或缺的部分,有效、精确的碰撞检测对提高数控环境的真实性、增强虚拟环境的沉浸感有非常重要的意义。采用合理的空间分割系统和层次包围盒是提高碰撞检测的速度的有效方法。本文采用了基于空间分割方法的八叉树算法并对该算法进行了改进。实验证明,此算法有效地提高了碰撞检测的速度,保证了虚拟动态加工环境中碰撞检测的实时性。 本文就切屑的形成、卷曲和折断的机制与规律进行了探讨,从而为实时加工过程仿真提供切屑造型的依据。并给出了对切屑进行参数化造型的方法,该方法以空间螺旋线表示切屑的轮廓,用三角形网格将切屑表面离散化,通过控制显示列表来模拟切屑的动态生成。 最后,论文利用C++Builder 6和OpenGL设计了一个演示系统,实现了论文中给出的算法。实验证明,上述算法提高了三维虚拟环境和虚拟加工过程的真实感和实时性。