随着现代制造业的迅速发展，五轴联动数控加工技术在我国有着举足轻重的地位，设计出高精度和高速度的五轴联动数控加工中心是设计者为之不懈努力奋斗的目标。所以，对五轴联动机床系统和核心功能部件的开发和研究，并生产出自己的五轴联动机床，从而提升装备制造水平和综合国力方面，具有重大的意义。在简要介绍五轴加工中心发展的基础上，应用三维软件Pro/E对双摆角铣头整体和关键部件进行建模，直观形象的分析了其结构特征。介绍了故障树分析法的特点、应用范围和建立的步骤，并在对双摆角铣头结构分析的基础上应用故障树分析法对铣头整体和关键部件进行了定性分析，总结其故障模式，并有针对性的采取解决措施和办法。在定性分析的基础上，对双摆角铣头力矩电机和铣头整体进行定量分析，得出铣头整体的可靠概率为99.666%，符合设计要求。利用Workbench软件对C轴壳体进行了灵敏度分析，分析三个参数对整体变形、质量和体积的影响度，并针对最为灵敏的DS-02尺寸优化，对优化后的壳体采取疲劳特性分析，通过应力和变形云图可以看出得到满足设计要求，省去了大量的疲劳试验。介绍了拓扑优化的原理和步骤，并以减少质量为优化目标针对双摆角铣头万向架进行了拓扑优化。在满足刚度和强度的设计要求下，去掉其下端的四个角并缩减其肋板的厚度从而达到减重的目的，万向架的质量有了大幅的减少。