近年来,由于曲轴、偏心凸轮等中小型复杂零部件需求的增加,传统的数控机床存在加工效率低、精度差、加工产品单一等缺点,很难满足市场需求,且机床行业目前正朝着集成化、自动化、智能化的方向高速发展,因此很有必要对多功能复合机床进行开发和研究。本文确定以车削加工为基础,融合车削和铣削加工的各自优势,开发了一款中小型简易型的车铣复合加工机床,并对其整机进行了静动态特性分析,对机床的相关部件进行了拓扑优化和尺寸优化,同时也对机床的相关部件进行了模态实验,确定了部分模态参数。本文从复杂零件加工需求的角度对机床功能做了具体规划,确定了机床总体结构布局方案;根据实际加工需求,确定了机床车削单元方案、铣削主传动系统和进给传动系统方案,并基于金属加工工艺理论,完成了切削力的计算,并对传动部件进行了相关计算及电机选型;对机床的关键部件进行了详细结构设计,并在PRO/E中建立了整机三维模型。结合静力学分析理论,在ANSYS Workbench中建立了整机有限元模型,完成了对车削和铣削工况下的整机静力学仿真分析,得到了整机在不同工况位置的位移、应力分布云图,以及整机位移及静刚度变化趋势图,这些静力学分析结果一定程度上为整机的薄弱环节辨识提供了参考依据,也为后期的机床部件优化提供了方向。针对机床处于车削和铣削的工况情形,完成了整机的模态仿真分析,获得了整机的前六阶固有频率和主振型,得到了整机的振动形态,并在此基础上,对整机进行了谐响应分析,确定了机床最薄弱环节及其要优化的部件,这一结果与静力学分析结果相一致。应用ANSYS Workbench软件的结构优化模块,对机床立柱进行拓扑优化,依据其材料最优分布图,以轻量化为目的对立柱进行结构改进。而对刀架滑板底座进行尺寸优化,确定了最优的结构设计尺寸,使其在保持刚度和强度的基础上,达到减轻重量的设计要求。通过搭建机床零部件模态测试实验平台,完成了对机床主轴及工作台振动特性测试,获得了其固有频率。通过有限元仿真确定了其固有频率所对应的阶数,实验结果验证了仿真分析的正确性,为机床的振动模态实验研究提供了一定的方法和经验。