为了解决我国现有宝石加工行业生产效率低、产品质量不稳定和自动化程度低的问题，本文使用虚拟设计技术设计并研究了一款全自动宝石磨抛机床和其相应的上下料机器人，全文主要开展了以下几个方面的工作：　　（1）根据设计要求和标准，对磨抛机的主轴系统、垂直升降系统和机床箱体进行了设计和有限元分析，得到了各主要部件的静动态分析结果，从而验证了设计的可行性。并且在这一过程中提出了一种使用弹簧单元代替主轴轴承的立式主轴的有限元建模方法；　　（2）利用APDL语言编程，建立了主轴的参数化模型，将附加质量和轴承刚度作为变量，同时改变两个变量，对主轴静动态特性的变化情况进行了分析，从而得到了主轴的优化方案，可使主轴的静位移量减小0.007％，第一阶固有频率提高34%， X向谐响位移减小40%，Y向谐响应位移减小23%，能够有效地提高机床的加工精度；　　（3）对上下料机器人的自由度数量、关节分布、驱动和传动方式以及各部件的结构进行了设计，针对机器人的小臂和大臂进行了有限元静态和模态分析，从而验证了本次设计的合理性。并且在这一过程中还计算得到了小臂和大臂的静位移量结果，通过与仿真结果的对比验证了本次仿真建模的正确性；　　（4）使用 APDL语言编写相关程序，对机器人的小臂和大臂进行了尺寸优化和结构拓扑优化，不仅使小臂和大臂的重量分别减轻了72.5%和60%，使小臂的第一阶固有频率提高了98.3%，最大静位移量和最大应力集中值分别减小了19.8%和24.4%，还使大臂的第一阶固有频率提高了44.6%，从而有效地提高了机器人的性能。