0、引言
虚拟制造系统的建模分为目标系统层、虚拟制造模型层和模型构造层三个层次，模型构造层用于提供描述制造活动及其对象的基本模型结构，其中虚拟机床的建模及加工过程的仿真是最基础的工作，涉及面也最广，同时也是构造虚拟工厂乃至虚拟公司的基础。
1、虚拟机床vmt（virtual machine tool)
虚拟机床是指数控机床（如加工中心）在虚拟环境下的映射。为追求“身临其境”的逼真性和“超越现实”的虚拟性，虚拟机床应满足如下要求：（1）全面、逼真地反映现实的加工环境和加工过程；（2）能对加工中出现的碰撞、干涉提供报警信息；（3）能对产品的可加工性和工艺规程的合理性进行评估；（4）能对产品的加工精度进行评估、预测；（5）必须具有处理多种产品和多种加工工艺的能力。
虚拟机床主要由加工环境模型、加工过程模型、加工过程仿真模型、虚拟操作界面和图形处理模块构成。加工环境模型包括毛坯、中期产品模型、目标产品模型、刀具、夹具、机床以及其他制造资源和环境物等各种实体对象的三维几何模型及模型间的关系。加工过程模型则包括各种加工方法对应的切削过程中的热变形、受力变形及振动模型。
２、虚拟加工过程的建模
2．1虚拟机床建模
虚拟机床是虚拟加工过程的载体和核心，由几何模型和运动模型构成。 如图1为一四坐标卧式加工中心的简化几何模型。图中虚拟机床中有两个坐标系，一个是机床的绝对坐标系x’y’z’，另一个是虚拟环境的图形显示坐标系xyz。由于加工中心的刀具换刀位置是固定的，故将机床坐标系的原点定在换刀位置的中心。将图形坐标系的原点定在工作台安装面的中心。
虚拟机床中一个运动部件对应一个坐标，如图1 所示，工作台、部件1、2、3分别对应于坐标b、x、z、y。各运动部件及床身按一定规律构成一运动链，并规定运动链起始于工作台，终止于机床主轴，如图2所示。运动链中相邻部件间存在接触关系，床身为不动件，以其为界将运动链分为两段，每一段均具有层次结构。即每段中离床身近者运动时，离床身远者均将随之而动。如部件2沿z坐标运动时，工作台和部件1将随之沿z坐标运动；而部件3沿y坐标运动时，主轴将随之而动。
虚拟机床的虚拟运动由各运动部件的平动、转动及相互间的联动构成。多个运动部件的联动采用插补算法可转化为单运动部件的平动或转动。因此，虚拟机床的运动可通过对部件进行平移和旋转变化来实现。虚拟运动速度由平移和旋转的步距值来控制。运动过程的建模则采用面向对象的虚拟现实建模语言vrml来完成。具体来说利用vrml语言将每一个运动部件定义为一个运动对象，这样每一个运动对象在vrml语言中可看成是一个节点，一个节点包括一组它能接受和发送的事件，如改变位置（平移或旋转）和改变颜色的事件等。加工过程的每一场景可以定义为一组节点，完整的加工过程则为一系列场景的集合。
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