数控雕刻机是结合数控技术与雕刻工艺而发展起来的一类数控机床，与手工雕刻和仿形雕刻相比，在生产效率、加工精度和成品率等方面都要高出许多，而且对零件具有很强的适应性。随着现代工业技术的发展，对其优化发展和安全可靠性方面的要求不断提高，因此对三坐标数控雕刻机需要进行进一步的深入研究，对优化其结构、提高生产效率都具有很大的实际应用价值。本文阐述了三坐标数控雕刻机的结构与原理，对控制系统方案进行了分析及优化设计，并对数控雕刻机横梁进行有限元分析及优化设计。对数控雕刻机控制系统使用环境及技术特点进行识别，提出控制系统总体方案，并进行了优化设计；接着分析了雕刻机的插补原理、加速度控制和速度优化控制。对数控雕刻机几何形状、边界条件等进行研究，结合产品结构，建立了雕刻机的有限元模型。利用静力分析，取得了等效应力和结构总变形。对其进行系统的力和扭矩传递过程分析，进行静力分析，分析其静态特性。并对整机和机床横梁进行模态分析和谐响应分析，得到前四阶固有频率和振型以及关键部位的频响曲线，分析其动态特性。根据机床横梁的结构特点和静动态特性分析结果，优化设计得出侧壁和后壁最佳取值，提高其静动态特性，从而提高整机的性能。本文根据某型号三坐标数控雕刻机的技术参数，应用以上方法进行计算分析，并根据计算结果优化机床横梁的结构。实践证明，该设备在现场的运行状态平稳，无其它的故障发生，由此可说明通过对数控雕刻机模态分析和谐响应分析而进行结构优化的设计方法是可行的且具有实际意义的。