【UG NX MCD 機電一體化概念設計】UG NX MCD+PLCSIM Advanced聯合仿真實例（一）基本配置

通過這幾篇文章和案例教學，分享一下我在MCD模塊的學習經驗，供大家參考。

Step0 意義和用途

用NX MCD可以輕易實現在沒有真實設備的情況下，僅需建立設備3D模型和搭配外部控制信號，就可以輕易實現虛擬工藝調試，因此可以縮短設備開發週期，減少設備打樣成本，滿足柔性生產需求，迎接工業4.0。

NX MCD是數字化雙胞胎技術的體現，數控數字化雙胞胎可分爲虛擬調試（服務於產品研發設計調試和維護）和虛擬機牀（服務於加工編程和製造工藝）兩個方向[1]。

Step0 調試環境和簡要描述

本文將使用UG NX 1847版本、博圖和PLCSIM Advanced進行案例模型的聯合仿真，具體調試環境如下：

1. Window 10
2. UG NX 1847
3. TIA Portal V15.1 + S7 PLCSIM Advanced V2.0 SP1

MCD模塊是UG NX中的一個模塊，3維虛擬機電模型由其建立，部分界面如下：

NX MCD和外部信號通訊基礎是OPC通訊技術，在MCD中外部信號配置可適配多種外部客戶端，如下圖，其中，通過PROFINET連接，是可以通過連接到真實PLC中來控制的，本文選擇了PLCSIM Adv連接。

MCD的輸入/輸出信號和PLC輸入/輸出信號建立映射關係，就可以通過外部信號控制虛擬模型，實現聯合仿真調試。

博圖是西門子PLC編程的IDE，搭配PLCSIM Advanced實現在沒有真實PLC的情況下進行仿真。

PLC的工作原理爲循環掃描，經典編程語言是梯形圖LAD，但在數值運算中通常使用SCL語言，博圖的模塊化編程塊中主要有OB、FB、FC、DB塊，其簡要描述如下：

對調試環境有個基本介紹之後，下面進行具體的案例調試流程。

Step1 模型和需求

爲了演示，博主在沐風網下載了免費模型
（https://www.mfcad.com/tuzhi/maduoji/493755.html），來實現它的碼垛功能。模型爲直角龍門碼垛設備，由XYZ+夾爪組成搬運機械手，傳送帶傳送盒子，機械手搬運盒子進行碼垛。XY軸都爲同步帶傳動，Z軸爲齒輪齒條傳動，夾爪爲一個寬闊氣動手指驅動。

所以我們想實現盒子到位後，機械手進行碼垛，碼完一層再一層。

首先對網上所下模型進行調整和導出

座標系調整： 由於下載的模型座標系朝上爲Y軸，所以需要調整爲Z軸，和MCD中匹配，可在NX MCD中用移動對象工具動態調整，也可在Solidwork輸出時調整座標系。這裏選擇輸出時改變
插入參考座標系

選擇原點 邊線

另存爲parasolid格式，點擊選項

選擇座標系1

確定保存即可。

Step2 MCD創建工程

MCD配置流程簡要概括爲創建工程、物理屬性配置、傳動屬性配置、運動屬性配置、電氣信號配置和必要的運算邏輯配置。

1. 創建工程，選擇機電概念設計，默認常規設置即可，名稱和路徑任意。
   
2. 導入模型：把原模型在Solidworks中另存爲Parasolid即.x_t格式，NX MCD中導入比較快速，當然NX MCD也可以導入很多其他格式，如Step等
   
3. 調整模型： 如果沒有輸出改變座標系，發現模型方向和座標系不對可以選擇工具——移動對象工具進行調整，模型朝上方向和z軸保持一致。另外，把多餘盒子刪掉，留下源頭一個，後面添加對象源生產盒子，用移動對象工具可以模型進行調整，因爲這隻有一個裝配部件添加不了裝配約束。
   

Step3 傳送帶配置

物理屬性配置——添加剛體、碰撞體、摩擦面等，衆多屬性可以一個個點開看看。
剛體具有質量，可以採用自動屬性可以自定義，可以添加初始速度等，而我們默認即可，修改下名稱以便操作。

對象源就是複製這個剛體，不斷生成

對象源生成的事件可選爲時間或每次激活觸發一次，要想用信號控制，需要設爲激活觸發，暫時設爲時間以觀看效果。

碰撞體即具有摩擦屬性和不能相互穿透，若僅僅爲剛體則會相互穿透。爲擋板、傳輸帶、盒子、托盤添加碰撞體，選擇能夠包圍的面即可，形狀依具體而定。

對於傳送帶，我們有兩種方式，一是爲每一個圓筒添加鉸鏈副和圓柱形碰撞體等，工作量較大，二是加傳送帶面，添加傳輸面即可，我們選擇這種方式，對於入門UG的童鞋可以瞭解基本建模和裝配操作。
新建模型

點擊矩形工具後定義草圖平面，選擇xoy平面

約束尺寸後拉伸即可


導入組件到碼垛機中，選擇要打開的組件，點擊選擇對象確定擺放的位置

使用裝配約束和移動組件工具進行裝配工作

爲剛體之間添加固定副，對於剛體，沒有其他運動副，不添加運行時則會掉落

添加傳輸面，選擇面，指定矢量，方向，速度等

傳送帶傳輸盒子效果就做好了。

添加一個碰撞傳感器


添加到察看器，可觀察記錄變量的值，在碰撞時變爲true，就可以用於判斷盒子是否到位。

Step4 機械手的配置

第一步是添加剛體，對沒有相對運動的，通過螺栓等固定到一起的實體就可以添加爲一個剛體。
第二步是添加運動副，對於導軌滑塊導向，選擇滑動副，對於旋轉的器件，添加鉸鏈副，對於同步帶，第三步是添加齒輪齒條運動副，對於從動輪和主動輪，添加齒輪1：1。

• 機架剛體，並添加其固定副，連接件爲支架，基本件爲空連大地。
  
  

• X導軌剛體，並添加其滑動副，連接件爲X導軌，基本件爲機架，軸矢量爲X軸，則沿X方向滑動
  
  

• 其他剛體和滑動副添加類似。

• 齒輪剛體和其運動副，運動副爲鉸鏈副，連接件爲齒輪剛體，基本件爲X軸滑臺剛體，矢量即中心軸方向，錨點則爲齒輪軸圓心，即繞穿過該錨點的和矢量平行的軸旋轉。
  

• 添加齒輪齒條副 XYZ軸其實都是旋轉變平動，所以主對象爲齒條的滑動副，從對象爲齒輪的轉動副，半徑就是齒輪或者同步帶輪基準節圓（分度圓）的大小
  
  

• 滑動副 齒輪齒條耦合副效果，用鼠標左鍵拖動施加力即可推拉模型進行運動
  

• 氣缸配置 先添加滑動副，再添加氣缸，A室應該在矢量尾部，A>B則伸出，修改衝程等。
  
  運行時在初始壓力下伸開效果
  
  給各驅動鉸鏈副添加位置控制，修改路徑、目標和速度
  
  選擇爲跟蹤多圈。方向不對，則對鉸鏈副矢量方向進行反向。
  則能夠按給定速度和位置運行。
  

Step5 添加運行邏輯：仿真序列、信號等

接下來的文章將介紹如何添加運行邏輯，要實現碼垛需要通過定製行爲、添加信號、添加仿真序列等。
仿真序列僅需通過MCD端，將一步一步的動作串聯起來，添加必要的邏輯判斷和行爲，達到動作效果。
通過外部信號，是通過外部信號控制MCD的機電對象，控制速度、位置、數值改變等。

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【UG NX MCD 機電一體化概念設計】UG NX MCD+PLCSIM Advanced聯合仿真實例（二 ）仿真序列

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【UG NX MCD 機電一體化概念設計】UG NX MCD+PLCSIM Advanced聯合仿真實例（一）基本配置
【UG NX MCD 機電一體化概念設計】UG NX MCD+PLCSIM Advanced聯合仿真實例（二 ）仿真序列
【UG NX MCD 機電概念一體化設計】UG NX MCD+PLCSIM Advanced聯合仿真實例（三） 聯合調試

B站視頻列表：
仿真序列演示視頻：https://www.bilibili.com/video/BV1f54y1Q7vG
聯合仿真演示視頻：https://www.bilibili.com/video/BV1Kk4y167LR

仿真序列模型分享：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/18c-gMuPywBZ__0pvB3A0hQ
提取碼：s86q

聯合仿真模型分享：
最終源模型和PLC工程文件分享：在交流羣（羣號：1105076200）中分享

參考文獻：

[1]林裕程,韓勇.基於數字化雙胞胎的數控機牀虛擬調試技術[J].金屬加工(冷加工),2019(12):66-71.
[2]solidworks如何改變輸出座標系位置:https://zhidao.baidu.com/question/384770003.html
[3]小牟子 數字化樣機技術-虛擬調試與工業物聯網技術
https://zhuanlan.zhihu.com/c_216567787

錯誤解決記錄：

找不到組件，把裝配加載選項改爲按保存的

模型像掉在水裏，有一層平面遮住 home即可

氣缸過載或者供給壓力不足
待解決