钢、铸钢和铸铁，更普遍地称为铁质材料，经常被 用作框架和框架部件的材料。自20世纪70年代以来经济效果好而被越来越多地使用。在21世纪，由于成本和环境的原因，水泥混凝土经常被用作替代材料。碳纤维增强塑料，也被称为CFRP或CRP，被 用于在同一应用中需要减少质量和高刚度的地方。在选择机架材料时，以下材料特性很重要，因为它们在确定部件特性方面起着重要作用。

考虑到这些因素，.图3.1显示了钢、铸铁、反应树脂混凝土和水泥混凝土的最重要的物理特性。

图3.1 物理材料特性

选择材料时，除了材料特性外，还应该考虑到 制造和经济方面的因素。主要是:

1、在材料费用 

2、具有成本效益的生产

3、可操作性

4、有能力进行焊接或铸造

杨氏模量是考虑静态行为的一个主要因素。静态行为的主要考虑因素。虽然钢的杨氏模量 可以准确地确定，但其他材料的杨氏模量有时会有 有时会有明显的差异，一方面是由于材料 变化，另一方面是由于制造过程中的波动。制造工艺的波动。除了杨氏模量之外 模量外，密度和阻尼也会影响动态行为。动态行为。钢的纯材料阻尼的纯材料阻尼与接头和轴承位置的阻尼量相比是如此之低，以至于可以忽略它。的阻尼量相比，钢的纯材料阻尼是如此之低，以至于它可以在第一近似情况下被忽略掉。第一近似值。然而，铸件、碳纤维 铸件、碳纤维增强塑料和混凝土提供更有效的 阻尼，对结构中的振动有积极的影响。结构中的振动产生积极影响。

由于不同的物理材料特性以及生产和经济限制，不同的材料对设计过程提出了明显不同的要求。与前面介绍的不考虑材料的设计指南相比，本节将详细介绍基于材料的设计。图3.2显示了机床床身设计的三种不同选择。钢结构主要是由各种厚度的板材焊接而成，而铸铁和混凝土结构则是通过铸造材料来生产。在这种两种情况下，铸铁床、拔模角和壁的厚度都是一致的，而且角和边缘都是圆滑的。不同的壁厚是 由于材料的杨氏模量不同而造成的，以满足部件的 整体强度要求。由于铸铁、水泥混凝土和矿物铸件 的密度大约是其杨氏模量的倒数，因此在整体质量 上通常没有明显差异。

焊接结构

焊接结构的组成部件通常是挤压材料、金属板铸造 件和加工件。管状或方形型材与扁平或折叠的板材一起构成结构的基础。在设计部件时应考虑到制造 过程。焊缝必须可以通过预定的焊接工艺达到，避免出现削弱材料的焊缝群；因此在设计中也必须考 虑到间隙问题。当设计焊接结构时，目标应该是使 用尽可能少的焊缝。摩擦锁定、焊缝排列、材料厚度、缺口的影响以及待连接部件的强度差异在焊接 结构和设计中都有重要作用。焊缝的安全性取决于 负载的类型，工作或操作温度和工作介质。

用铸铁设计

在设计铸造部件时，必须考虑到材料的制造特性。由于体积的原因，所生产的部件通常没有很高的尺寸精度。

由于收缩和不均匀的冷却条件。因此，功能表面，如螺钉头的座面或与其他部件的 接触面必须在以后阶段进行加工。必须为这些表面 留有加工余地。两个铸造部件的接触面从一开始就 应该设计成不同的尺寸，以避免在出现尺寸偏差时 出现功能损失或外观不良。

铸件的后续材料质量主要由设计决定。应避免材料的堆积，因为材料收缩的增加会在构件中产生空洞，也就是所谓的收缩孔（见图3.2）。由于非单一形式的冷却，固有的应力也会在这里形成，当材料凝固时，会导致热裂纹，一段时间后，会在部件中产生冷裂纹。

混凝土的材料特性

混凝土是一种结合剂和骨料的混合物，可以直接作为一种材料使用，也可以与其他材料结合，形成一种复合材料。顾名思义，水泥混凝土中的结合剂是 水泥，反应树脂混凝土中的结合剂是反应树脂。水泥混凝土中的骨料通常是碎石和沙子，而花岗岩和石英石则被用于混凝土。

由于我公司生产的机床属于重型机床，非金属材料构件应用的不多，本文暂时不论述。