【UG NX MCD 机电概念一体化设计】UG NX MCD+PLCSIM Advanced联合仿真实例（一）基本配置嵌入式吾本虚无-

通过这几篇文章和案例教学，一下我在MCD模块的学习经验，供大家参考。

Step0 意义和用途

用NX MCD可以轻易实现在没有真实设备的情况下，仅需建立设备3D模型和搭配外部控制信号，就可以轻易实现虚拟工艺调试，因此可以缩短设备开发周期，减少设备打样成本，满足柔性生产需求，迎接工业4.0。

NX MCD是数字化双胞胎技术的体现，数控数字化双胞胎可分为虚拟调试（服务于产品研发设计调试和维护）和虚拟机床（服务于加工编程和制造工艺）两个方向[1]。

Step0 调试环境和简要描述

本文将使用UG NX 1847版本、博图和PLCSIM Advanced进行案例模型的联合仿真，具体调试环境如下：

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

MCD模块是UG NX中的一个模块，3维虚拟机电模型由其建立，部分界面如下：

NX MCD和外部信号通讯基础是OPC通讯技术，在MCD中外部信号配置可适配多种外部客户端，如下图，其中，通过PROFINET连接，是可以通过连接到真实PLC中来控制的，本文选择了PLCSIM Adv连接。

MCD的输入/输出信号和PLC输入/输出信号建立映射关系，就可以通过外部信号控制虚拟模型，实现联合仿真调试。

博图是西门子PLC编程的IDE，搭配PLCSIM Advanced实现在没有真实PLC的情况下进行仿真。

PLC的工作原理为循环扫描，经典编程语言是梯形图LAD，但在数值运算中通常使用SCL语言，博图的模块化编程块中主要有OB、FB、FC、DB块，其简要描述如下：

对调试环境有个基本介绍之后，下面进行具体的案例调试流程。

Step1 模型和需求

为了演示，博主在沐风网下载了免费模型
（https://www.mfcad.com/tuzhi/maduoji/493755.html），来实现它的码垛功能。模型为直角龙门码垛设备，由XYZ+夹爪组成搬运机械手，传送带传送盒子，机械手搬运盒子进行码垛。XY轴都为同步带传动，Z轴为齿轮齿条传动，夹爪为一个宽阔气动手指驱动。

所以我们想实现盒子到位后，机械手进行码垛，码完一层再一层。

首先对网上所下模型进行调整和导出

坐标系调整： 由于下载的模型坐标系朝上为Y轴，所以需要调整为Z轴，和MCD中匹配，可在NX MCD中用移动对象工具动态调整，也可在Solidwork输出时调整坐标系。这里选择输出时改变
插入参考坐标系

选择原点 边线

另存为parasolid格式，点击选项

选择坐标系1

确定保存即可。

Step2 MCD创建工程

MCD配置流程简要概括为创建工程、物理属性配置、传动属性配置、运动属性配置、电气信号配置和必要的运算逻辑配置。

1. 创建工程，选择机电概念设计，默认常规设置即可，名称和路径任意。
   
2. 导入模型：把原模型在Solidworks中另存为Parasolid即.x_t格式，NX MCD中导入比较快速，当然NX MCD也可以导入很多其他格式，如Step等
   
3. 调整模型： 如果没有输出改变坐标系，发现模型方向和坐标系不对可以选择工具——移动对象工具进行调整，模型朝上方向和z轴保持一致。另外，把多余盒子删掉，留下源头一个，后面添加对象源生产盒子，用移动对象工具可以模型进行调整，因为这只有一个装配部件添加不了装配约束。
   

Step3 传送带配置

物理属性配置——添加刚体、碰撞体、摩擦面等，众多属性可以一个个点开看看。
刚体具有质量，可以采用自动属性可以自定义，可以添加初始速度等，而我们默认即可，修改下名称以便操作。

对象源就是复制这个刚体，不断生成

对象源生成的事件可选为时间或每次激活触发一次，要想用信号控制，需要设为激活触发，暂时设为时间以观看效果。

碰撞体即具有摩擦属性和不能相互穿透，若仅仅为刚体则会相互穿透。为挡板、传输带、盒子、托盘添加碰撞体，选择能够包围的面即可，形状依具体而定。

对于传送带，我们有两种方式，一是为每一个圆筒添加铰链副和圆柱形碰撞体等，工作量较大，二是加传送带面，添加传输面即可，我们选择这种方式，对于入门UG的童鞋可以了解基本建模和装配操作。
新建模型

点击矩形工具后定义草图平面，选择xoy平面

约束尺寸后拉伸即可


导入组件到码垛机中，选择要打开的组件，点击选择对象确定摆放的位置

使用装配约束和移动组件工具进行装配工作

为刚体之间添加固定副，对于刚体，没有其他运动副，不添加运行时则会掉落

添加传输面，选择面，指定矢量，方向，速度等

传送带传输盒子效果就做好了。

添加一个碰撞传感器


添加到察看器，可观察记录变量的值，在碰撞时变为true，就可以用于判断盒子是否到位。

Step4 机械手的配置

第一步是添加刚体，对没有相对运动的，通过螺栓等固定到一起的实体就可以添加为一个刚体。
第二步是添加运动副，对于导轨滑块导向，选择滑动副，对于旋转的器件，添加铰链副，对于同步带，第三步是添加齿轮齿条运动副，对于从动轮和主动轮，添加齿轮1：1。

• 机架刚体，并添加其固定副，连接件为支架，基本件为空连大地。
  
  

• X导轨刚体，并添加其滑动副，连接件为X导轨，基本件为机架，轴矢量为X轴，则沿X方向滑动
  
  

• 其他刚体和滑动副添加类似。

• 齿轮刚体和其运动副，运动副为铰链副，连接件为齿轮刚体，基本件为X轴滑台刚体，矢量即中心轴方向，锚点则为齿轮轴圆心，即绕穿过该锚点的和矢量平行的轴旋转。
  

• 添加齿轮齿条副 XYZ轴其实都是旋转变平动，所以主对象为齿条的滑动副，从对象为齿轮的转动副，半径就是齿轮或者同步带轮基准节圆（分度圆）的大小
  
  

• 滑动副 齿轮齿条耦合副效果，用鼠标左键拖动施加力即可推拉模型进行运动
  

• 气缸配置 先添加滑动副，再添加气缸，A室应该在矢量尾部，A>B则伸出，修改冲程等。
  
  运行时在初始压力下伸开效果
  
  给各驱动铰链副添加位置控制，修改路径、目标和速度
  
  选择为跟踪多圈。方向不对，则对铰链副矢量方向进行反向。
  则能够按给定速度和位置运行。
  

Step5 添加运行逻辑：仿真序列、信号等

接下来的文章将介绍如何添加运行逻辑，要实现码垛需要通过定制行为、添加信号、添加仿真序列等。
仿真序列仅需通过MCD端，将一步一步的动作串联起来，添加必要的逻辑判断和行为，达到动作效果。
通过外部信号，是通过外部信号控制MCD的机电对象，控制速度、位置、数值改变等。

欢迎继续阅读：

【UG NX MCD 机电概念一体化设计】UG NX MCD+PLCSIM Advanced联合仿真实例（二 ）仿真序列

文章列表：
【UG NX MCD 机电概念一体化设计】UG NX MCD+PLCSIM Advanced联合仿真实例（一）基本配置
【UG NX MCD 机电概念一体化设计】UG NX MCD+PLCSIM Advanced联合仿真实例（二 ）仿真序列
【UG NX MCD 机电概念一体化设计】UG NX MCD+PLCSIM Advanced联合仿真实例（三） 联合调试

参考文献：

[1]林裕程,韩勇.基于数字化双胞胎的数控机床虚拟调试技术[J].金属加工(冷加工),2019(12):66-71.
[2]solidworks如何改变输出坐标系位置:https://zhidao.baidu.com/question/384770003.html
[3]小牟子 数字化样机技术-虚拟调试与工业物联网技术
https://zhuanlan.zhihu.com/c_216567787

错误解决记录：

找不到组件，把装配加载选项改为按保存的

模型像掉在水里，有一层平面遮住 home即可

气缸过载或者供给压力不足
待解决