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随着“中国制造2025”、“工业4.0”等规划的提出,制造业的生产模式正向智能化转变。智能制造的目标是实现物理世界与信息世界的融合,数字孪生(Digital Twins,DT)作为虚实融合的最佳途径引起了国内外研究者的广泛关注。基于数字孪生“虚实映射”、“以虚控实”的内涵,本文以数控机床为研究对象,研究了使用GPU加速的三维监控技术、基于虚拟数控面板的远程控制技术,最终集成为数控机床虚拟交互系统。本文主要研究内容如下:(1)数控机床虚拟交互系统总体设计。提出了数控机床虚拟交互系统的设计目标,对其进行了需求分析和网络结构设计,将虚拟交互系统设计为五大模块和三层通信架构;对数控机床三维监控、远程控制的关键问题进行分析,得出虚拟交互系统核心目标是要提高客户端图形渲染效率以及增强人机交互体验感。(2)基于可编程管线的数控机床三维实时监控实现。绘制数控机床三维数字孪生模型,推导五轴数控机床在可编程管线中的运动学方程,实现数控机床运动仿真;对可编程管线GPU加速技术进行研究,应用GPU加速渲染的方法,解决了数控机床监控中图形渲染效率低的问题;采集数控系统数据,设计监控端数据接口,使用实时数据驱动机床模型,实现数控机床三维实时监控。(3)基于虚拟数控面板的数控机床远程控制实现。运用二次开发技术开发华中8型数控系统控制指令;采用鼠标拾取方法,运用OBB包围盒技术,使用射线与包围盒碰撞检测完成鼠标与虚拟数控面板交互;将开发完成的控制指令耦合到虚拟数控面板按钮中,实现基于虚拟数控面板的远程控制。(4)数控机床虚拟交互系统集成与性能分析。分析虚拟交互系统运行流程,设计系统主界面和子功能;对系统客户端进行性能测试,结果显示客户端占用资源较低、GPU加速效果显著;搭建实验环境,对虚拟交互系统进行实例验证,实验表明系统运行稳定可靠、实时性良好。