在虚拟环境下对产品对象模型实现几何及物理性能变化的过程称为虚拟加工,它是真实加工过程在虚拟环境下的映射。虚拟加工系统的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,为了减少由于试切造成的浪费,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。本文以研制高品质三维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,在虚拟车削加工系统V1.0、VisualC++6.0和OpenGL图形开发库的平台基础上独立开发出了虚拟数控车削加工系统V2.0。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.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。4.针对目前虚拟加工研究中对虚拟零件管理的不足,开发了虚拟零件库,该库可方便地实现对虚拟零件的三维观察、文件管理、虚拟测量、生成零件的物理仿真报告和实现虚拟零件的再加工,使虚拟零件这一宝贵资源得到了很好的管理和应用。5.对虚拟加工中的物理仿真技术进行深入分析,提出了本文物理仿真的内容。对切削力的来源和测量进行了研究,建立了稳态切削力的预报模型。对工件误差建模进行了分析,经过简化建立了工艺系统坐标系,给出了该系内工件误差求解的数学模型。以切削力引起的工件弯曲变形为对象,建立了基于稳态切削力的工件变形因素误差模型,实现了系统对切削力和加工误差的预报。以上研究成果已经全部集成到本人独立开发的虚拟数控车削加工系统V2.0之中。经过实例分析,其逼真的仿真效果、良好的用户接口给数控加工的教学和培训带来方便,具有很好的应用前景。