传感-控制技术：机械设计不可或缺的重要内容

机械设备中的各个零、部件，其形状、尺寸等精度，都要靠加工母机——各种机床或加工机械的加工精度保证。但这些加工机械不管多么精密，加工精度多高，加工出来的零件总会有尺寸误差及形状的几何精度误差。加工精度要求越高，加工越困难，成本越高，有的高精度零件的加工成本要超过一般精度零件加工成本的几倍、十几倍。因此，如果设计人员所设计的机械设备的运动、动作精度要求很高，那么该机械设备的制造费用就很昂贵。企业就会因作为商品的产品的价格过高而难以在市场上立足。如果该机械设备是作为企业自身的技术改造项目，那就意味着其投资费用庞大而难以实现。

利用现代测量传感技术和反馈控制技术，可以在不提高零件加工精度、不对设备的刚度及环境温度提出较高要求的情况下，仍能保证达到机械设备的运动、动作和精度要求。例如：用作直线运动传动的丝杠、螺母传动件，要求丝杠每转一个角度，螺母的移动距离不能超过一个很小的误差，利用加工螺母、丝杠的加工机械无法达到这个精度，但现代技术可用激光测量法测出丝杠每转一个角度，螺母移动距离与理论值的误差，将此误差信息传递到驱动丝杠转动的伺服电动机，此时伺服电动机根据误差信息自动增加转角或减少转角，以补偿丝杠、螺母因加工误差引起的移动距离误差。又例如：一个直线移动机构需要在某一位置准确停止，或一个旋转运动机构在转过一定角度后需在某一角度上准确停止，也可利用位置传感器发出信息，控制驱动伺服电动机作准确的位置传动。再例如：机械设备的刚度不足所引起的变形或环境温度变化所引起的机械变形会产生机械运动、动作或位置的误差，在大多数情况下，这些误差均可通过传感器-反馈控制技术、控制电动机给予误差补偿，不必依靠代价很高、难以达到或根本无法达到的机械加工方法。其他如：现代变频技术可以使电动机在很宽的范围内实现调速，不必依靠庞大、复杂的变速器来调速。采用伺服电动机，不仅可以与变频电动机那样实现调速，而且因伺服电机是反馈闭环控制，可以在电动机上直接编入程序，进行运转的角度、转速、停止位置，及按凸轮曲线要求变速等控制，可以代替机械凸轮等很多机械的动作控制机构和结构，从而大大简化了机械的结构，而且其准确度超过许多机构的综合动作精度。

现代传感技术、控制技术，不仅可补偿机械的误差、简化机械的结构、提高机械的整体精度，而且是实现机械设备和多台设备组成的生产线自动化的唯一方法。因此，机械设计人员在进行设计构思时，绝不能将眼光只停留在机械的部分。传感技术、控制技术是机械设计必不可少的组成部分，机-电一体化是现代机械设备的本质。

1)具有强大的二维设计功能，提供了智能化的图形捕捉、对齐、延伸和跟踪，不必频繁借助辅助线实现绘图和编辑，极大提高了绘图的效率。

2)可容易实现三维实体建模操作和可视化，可借助体、面、边编辑实体。

3)可直接访问对象及图形特性，进行特性编辑和修改。

4)可复制已有的设计成果中的设计内容，将一个设计成果中的线型、文字样式、标注样式、布局和剖面线冈案复制到另一设计对象中。

5)可进行网络互联及浏览。

6)可作为设计用户某一领域的特殊软件开发平台。

(2)Unigraphics（简称UG）软件 UG软件是美国Uni-graphics公司的CAD/CAE/CAM集成软件，是计算机辅助设计、分析和制造的软件。UG软件现已在我国的航空、汽车、通用机械和模具等行业中广泛应用。

(3)Pro/Engineer系统软件 该软件是美国PTC公司产品，以工程参数化设计和特征实体造型为主，整个系统建立在统一的数据库上，具有完整、一致的模型，将设计与生产过程集成在一起。其特点是：

1)可以参数化特征建模，并在构建的复杂产品模型上进行任意阶段的修改。

2)各模块建立在统一的数据结构上，模块间是全相关的，设计或制造的任一环节的数据修改可自动反映在相关环节中，保证产品数据的一致性。

3)可在装配作业中按装配关系自动顺序摆放在一定位置并进行相关控制。

4)可实现制造自动化。

(4)CADDS5软件 这是美国CV公司集成CAD/CAE/CAM的软件包，提供了完善的混合建模工具和多点应用的集成化设计环境，是集中式和分布网络式配置系统的工作站设计平台．，其特点是：

1)具有强大的建模和参数化功能。，

2)特征造型及曲线、曲面光顺、拼接和局部修改功能．，

3)CAM及数控编程功能。(www.xing528.com)

4)强大的管理(PDM)功能。

(5)Solid Works软件 该软件是美国Solid Works公司开发的特征建模实体造型的微机软件，可在Windows系列平台上运行。其特点是：

1)可进行特征造型。

2)草案图设计和草案图的特征建模。

3)可由零部件构造（装配）产品，也可由装配图分解零件，图中零件的修改会引起装配图的改变．即零件图与装配图有完全的相关性。

4)可生成T程图的布局，设置标准的T程图配置模板后，实体模型可投影到各方向，并打上或消去剖面线，还可白动生成轴测图或局部放大图。

5)利用其中的有限元分析软件功能进行计算机辅助T程(CAE)T作、辅助结构分析。

6)具有辅助制造(CAM)和辅助管理(PDM)功能。

(6)开目CAD软件 该软件是华中科技大学开目公司开发的商品化CAD软件，以二维工程绘图为主。其特点是：

1)具有强大的绘图能力，模拟手工绘图工具操作，具有进行“长对正、高平齐、宽相等”与手工操作习惯相同的功能。

2)智能尺寸标注功能，可在正、斜尺寸线上标注尺寸、角度、指引线、上下偏差，并可自动查询上下偏差、自动查询形位公差、检查漏标及多余尺寸，还可生成明细表．

3)有各种图库，如结构件库、标准件库、各种符号、代号。

4)可自动检查图形约束（限制）情况，可进行多视图同步尺寸驱动。

5)可与多种i维软件集成，扩展多种功能。

6)具有开放功能，叮作为高级语言开发工具或与其他软件交换图形。2.2.3 专业应用软件——CAD的二次开发

上述支撑软件是功能面很宽的通用性软件。由于各行业需要结合自己的特点，建立专业模块和工程设计库，才能进一步提高设计效率，因此就必须建立本行业的应用软件，即CAD的二次开发。

CAD的二次开发，必须用具有开放性和开发接口的支撑软件作为平台，如Auto CAD软件的Visual Lisp和Object ARX接口、UG软件的UG/Open等。此外，还要进行各种开发工作，例如：开发矢量汉字输入与处理模块；建立专业图形库与标准件库；对系列化产品进行参数化工作；开发前后处理及功能模块等。

计算机辅助设计的详细内容及操作，可参考相关的计算机辅助设计书籍及各种软件的使用说明书。