虚拟仿真是实际数控加工前进行数控代码验证的一种有效手段,也是当今虚拟制造中的重要研究内容,该技术通过对数控加工过程进行模拟仿真,验证数控代码的正确性,以缩短验证周期和降低验证成本。虽然虚拟仿真技术在数控铣削加工仿真中得到快速发展和广泛应用,但国内在数控磨削加工仿真技术方面的研究不够全面,不够深入。本文针对五轴数控工具磨床的磨削仿真过程,对数控工具磨床五轴联动解算、砂轮扫掠体生成算法和磨削加工仿真算法进行了研究,并研发了磨削仿真原型系统,实现了磨削加工过程的几何仿真。本文主要研究内容与研究贡献如下:(1)基于多体运动学建立了五轴数控工具磨床拓扑结构,实现了磨床运动仿真。采用实体模型表达法中的CSG法对虚拟磨床几何模型进行了表达,基于多体运动学实现了虚拟磨床各部件的拓扑联系,实现了虚拟磨床的运动学建模,通过解析数控代码中的运动指令,并以此为输入解算出虚拟磨床各运动部件的运动量,实现了磨床的运动仿真。(2)建立了常见标准砂轮的通用模型并提出了一种通用的砂轮扫掠体生成方法。通过对常见砂轮模型共性的归纳,建立了基于参数驱动的通用砂轮模型,通过简化其几何模型和砂轮扫掠母体,并基于包络理论,计算出了砂轮扫掠过程中的临界切点,并通过临界切点生成砂轮扫掠体外表面,最终得到完整的砂轮扫掠体模型,最后通过实例验证了通用砂轮模型以及砂轮扫掠体生成方法的正确性,为砂轮扫掠体与工件进行动态布尔求交运算奠定了基础。(3)对基于Dexel模型的磨削仿真算法进行了系统的研究。分析了在几何仿真中常用的离散模型表达方法,并择优采用了Dexel离散法对工件模型进行离散表达,建立了独立的工件Dexel坐标系,在传统Dexel表达方法的基础上,优化了工件Dexel模型的表达,通过确定工件与砂轮扫掠体的干涉区域计算出了砂轮扫掠体的Dexel模型,最后通过线性比较工件与砂轮扫掠体间的Dexel模型结构单元,实现了两者模型间的布尔差运算。(4)完成了五轴数控工具磨床磨削仿真系统的开发以及磨削实例的验证。完成了五轴数控工具磨床磨削仿真系统的总体设计与详细设计,开发了满足磨削仿真需求的仿真系统,最后通过一个磨削加工实例,在该仿真系统下得到了工件磨削仿真后的仿真结果。