機械設備的機架、底座、支撐件等結構構成了設備的“骨骼”，其核心任務是承受所有內外載荷，并為所有運動部件提供一個穩定、精確的基準平臺。結構設計的核心在于對剛度和強度的深刻理解和巧妙權衡。

強度設計是基本要求，確保結構在大工作載荷乃至一定過載下不發生屈服或斷裂。通過材料力學理論（如第四強度理論）和有限元分析（FEA），設計師可以模擬應力分布，并在高應力區域進行加強（如增加加強筋、改變截面形狀）。然而，單純追求強度可能導致結構笨重、材料浪費。

在許多高精度設備（如數控機床、測量儀器）中，剛度設計往往比強度更為重要和棘手。剛度不足會導致結構變形，從而產生加工誤差或測量誤差。提高剛度的傳統方法是增加材料截面尺寸或使用高彈性模量的材料（如鋼），但這會增加重量和成本。

現代結構設計更注重輕量化與高剛度的結合，這正體現了設計的藝術性：

• 形狀優化：通過CAE軟件對結構進行拓撲優化（Topology Optimization），在滿足剛強度要求的前提下，去除不必要的材料，生成如骨骼般的高效力流路徑，實現材料的優分布。

• 材料選擇：采用輕質高強的材料，如鋁合金、鈦合金或工程塑料，或在關鍵部位使用它們。對于極高剛度要求，可采用低熱膨脹系數的材料如因瓦合金或陶瓷。

• 結構形式創新：采用桁架結構、夾層板結構（蜂窩板、泡沫芯材）等。這些結構能以極輕的重量獲得極高的抗彎剛度和強度，廣泛應用于航空航天、機器人等領域。

• 動力學剛度：結構還需具備足夠的動態剛度，即抵抗振動的能力。通過分析結構的固有頻率，并通過加強筋布局等方式避開主要的激振頻率，防止共振發生。

因此，優秀的結構設計是一個反復迭代和權衡的過程。它需要在強度（安全性）、剛度（精度）、重量（慣性、能耗）、成本（材料與制造）和空間限制之間找到完美平衡。一個設計精良的結構，看上去往往簡潔、輕盈而高效，這背后是深厚的力學理論和豐富的工程經驗的支撐。