随着计算机技术与自动控制技术的发展，具有复杂曲面的零件在工业产品中的应用越来越广泛。数控技术有效的应用于曲面零件的加工中，尤其是多轴数控技术广泛地应用到了复杂曲面零件的加工中。本文设计了一台加工大尺寸复杂曲面零件的数控铣床，该铣床主要用于加工具有复杂曲面特性的螺旋锥齿轮。机床整体布局确定为立柱移动式单臂式，重点运用功能分析法设计了一种动力头内部机构，建立了两种立柱加强肋形式并建模，最后对立柱与动力头部分进行零件与整机有限元分析。主要研究内容包括：（1）通过对复杂曲面加工原理的分析，确定要设计的数控铣床为五联动运动方式。通过各种铣床布局形式比较及运动分配方式，确定了立柱移动式单臂数控铣床布局形式。基于此布局形式设计了减速机直接带动丝杠传动的传动系统；（2）运用功能分析法和层次分析法，对动力头内部结构做定性及定量分析。筛选出了“电动机驱动—摆动导杆机构—主轴摆动体”结构组成方案。考虑到节省空间及提高刚度因素，将摆动导杆机构改进成摆杆回转式结构，高副变为低副，提高了刚度；（3）设计支承大件结构。选择了工字梁截面形式并计算出壁厚，查找资料设计了两种加强肋布局形式并建立三维模型；（4）结构分析。首先对两种加强肋布局形式进行静态与模态分析，然后运用workbench对两种形式装配体进行整机分析，根据应力与应变云图，得出两种结构均具有良好强度与刚度的结论，从质量角度选择了横向加强肋立柱形式。