机械制造装备的工作精度和运行效率已成为其设计追求的两大目标。对机械制造装备的结构进行静、动态分析，找出其结构薄弱环节，可指导机械制造装备结构的设计和改进。有限元理论的问世，使得许多科学构想在技术上得以实现、得到应用，极大地推动了人类技术能力的发展。有限单元法是现在解决工程项目中复杂问题的重要手段，在许多行业中，例如土木土建、海洋勘探、航空领域等，提供了进行科学研究和工程分析的重要方法和手段，已成为计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）工程和数值仿真的重要补充部分。本文首先在对目标数控镗铣床实际结构研究分析的基础上，结合经典有限元理论，并以DS Solidworks软件为主要分析工具，综合运用了Solidworks的CAD建模功能以及Simulation模块的静力分析和频率分析功能，对目标镗铣床床身，立柱关键结构和整机的静、动态特性进行了一定的研究，得到了相关的机床静、动态特性参数。接着，研究了机床立柱、床身筋板高度和厚度对结构静、动态性能参数的影响，并基于针对连续体的相对密度原理，采用拓扑优化的方法，综合运用灵敏度分析和多目标优化方法，以柔度和一阶固有频率为优化目标，建立拓扑优化数学模型，对机床立柱、床身结构筋板的排布进行了一定程度的改进和优化。接着，本文对目标弧齿锥齿轮铣齿机床身，立柱，横滑板，工件箱，滑台等关键结构和整机模型进行了较为全面的动态有限元分析，得到了比较详细的自由、约束状态下的动态特性参数。最后使用JM5930采集设备（N-modal）对弧齿铣齿机进行了模态实验，对机床有限元动态结果进行了验证。