随着科学技术的发展以及先进制造技术的兴起和不断成熟,对数控加工技术提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技术的应用,对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标。为满足数控铣床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化的要求,与普通铣床比较,数控铣床应有更高的静、动刚度,更好的抗振性。结合实际的工程经验和理论研究,本文对三坐标机床系统的设计与实现进行了较为深入的研究,主要内容包括以下几个方面：(1)建立了数控机床床身结构的三维有限元模型,分析了机床床身的静态刚度特性,确定了结构的静刚度和关键区域的变形；详细分析了机床床身的模态特性,求解得到结构的前十阶固有频率和模态振型,为未来结构优化设计提供了建议和理论依据；(2)结合实际工程经验,详细设计了数控机床的主轴及其配套轴承,并对设计好的主轴进行强度和刚度分析,对其静强度、刚度特性进行校核。在此基础上,对主轴的发热量进行了计算,确定了冷却油孔的尺寸大小。最后完成对设计主轴的寿命和可靠性性能分析；(3)给出了西门子840D数控机床系统的组成,包含NCU数字控制部件、MMC人机通讯和PLC模块。结合实际系统的工程经验,详细描述了系统的硬件设计和软件设计；最后给出了常见维修故障分析说明,为实际系统的操作和排故提供了依据和保障。