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虚拟轴机床被称为“21世纪的机床”，研究它的设计方法能够为虚拟轴机床的广泛应用奠定基础，由于虚拟样机技术无须建造实物样机，从而使得它在虚拟轴机床的设计上具有很好的应用前景。本文首先针对虚拟轴机床的结构特点，提出了虚拟轴机床的模块化设计思想，对虚拟轴机床的模块划分和整合进行了研究，并提出了一个模块选择算法。然后在虚拟轴机床机构分析的基础上，对虚拟样机技术在虚拟轴机床中的应用进行了探讨，建立了基于虚拟样机技术的虚拟轴机床设计方法，详细讨论了机床的尺度优化算法。最后，论文建立了软件实现体系框架，并设计了一个定杆长型式的虚拟轴机床原型。本文把虚拟样机技术引入到虚拟轴机床的设计中，从而为这种新型机床的广泛应用提供了一种新的技术平台。