（机械电子工程专业论文）全自动电脑横机花型准备和控制系统的研究.pdf

摘要 全自动电脑横机是针织行业中技术含量较高的自动化机械，它融合了计算 机数字控制、电子驱动、机械设计、电机驱动、针织工艺及软件工程等技术为 一体，可以编织复杂的手摇横机无法完成的衣片组织。全自动电脑横机的开发 一方面需要了解针织工业自身特点，熟悉针织工艺原理，明确横机功能机构； 另一方面要灵活运用计算机软件技术等相关知识，而且要把两方面紧密结合起 来才能开发出性能优异的电脑横机。因此，根据针织工艺的编织原理以及相关 理论，开发新型的全自动电脑横机及其控制系统是本论文研究的主要任务。 本论文的重点有三方面的内容：一、电脑横机工作原理分析研究；二、花 型准备系统的研究与实现；三、电脑横机控制器的设计。 首先介绍了针织工业及横机的发展历程，国内外技术现状，并提出本文的 研究内容，目的和意义。此外，还简要说明了横机的机械结构和工作原理，基 于机械结构介绍了针织物基本组织单元结构的形成过程。 其次，针对目前国内电脑横机花型准备系统的技术特点，并综合国外相关 先进技术水平，利用面向对象的技术特点，论述了电脑横机花型准备系统的实 现过程，提出一种基于分层体系的电脑横机花型准备系统，该分层模型的提出， 解决了花型准备系统符号记忆困难，绘图设计效率低的问题，还实现了组合符 号的分层显示，使组织花型更具立体效果。结合本设计方案技术特点，分析了 多图层数据处理的技巧和方法，并提出了一套提高绘图速度的解决方案。 由于横机的控制对象多且复杂，还有严格的时序要求，再分析了电脑横机 控制系统的i o 量接口及控制要求之后，讨论了基于c p l d 的分级式横机控制方 式，着重论述控制软件的体系结构和控制硬件的设计思路和实现方法。采用这 种分级控制方法，可以很好的解决单靠c p u 进行逻辑控制的不足，减少了c p u 的资源占用，达到更好的实时性控制要求。 在分析了横机花型准备和控制系统的设计之后，从实际应用的角度出发， 给出了整机的应用实例，包括花型设计和控制器的使用范例，探讨了花型准备 系统在实际应用测试中的使用状况以及控制系统的应用效果，并对整机的性能 做了综合评价，有重要的研究意义。 关键词：花型准备系统，图层，面向对象，c p l d a b s t r a c t f u l l a u t o m a t i cc o m p u t e r i z e dk n i t t i n gm a c h i n ei sh i g ht e c h n o l o g ye q u i p m e n ti n k n i t t i n gi n d u s t r y , w h i c hi n t e g r a t e sc o m p u t e rn u m e r i c a lc o n t r n l ( c n q ，e l e c t r o n t e c h n o l o g y , m e c h a n i c a ld e s i g n ，m o t o r d r i v e rt e c h n o l o g y , k n i t t i n gp r o c e s sa n d s o f t w a r ee n g i n e e r i n g c o m p u t e r i z e dk n i t t i n gm a c h i n ec a nk n i tal o to fc o m p l e xt i s s u e ， w h i c hc a n n o tb ed o n eb ym a n u a lk n i t t i n gm a c h i n e t w oa s p e c to fk n o w l e d g ea r e n e c e s s a r yf o r s u c c e s s f u l d e v e l o p m e n t o ff u l l - a u t o m a t i c c o m p u t e r i z e dk n i t t i n g m a c h i n e k n o w i n ga b o u tt h et r a i to fk n i t t i n gi n d u s t r y , t h ep r o c e s so fk n i t t i n ga n dt h e c o n f i g u r a t i o no ft h em a c h i n ea r et h ef i r s tp o i n t ，a n du s i n gs o f t w a r et e c h n o l o g ya n d r e l a t e dc o n t r o lt h e o r yi st h es e c o n d c o m b i n i n gt h et w oa s p e c t st i g h f l yc a np r o d u c e c o m p u t e r i z e dk n i t t i n gm a c h i n ew i t hp e r f e c tp e r f o r m a n c e t h e r e f o r e ，t h em a i nt a s ko f t h ed i s s e r t a t i o ni st od e v e l o pt h en e wf u l l - a u t o m a t i cc o m p u t e r i z e df i a tk n i t t i n g m a c h i n ea n dt h ec o n t r o ls y s t e m t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e st h r e ei m p o r t a n tp a r t s t h ef i r s t e m p h a s i so ft h e d i s s e r t a t i o ni sr e s e a r c ha n da n a l y s i so ft h ep r i n c i p l eo ft h ec o m p u t e r i z e dk n i t t i n g m a c h i n e ；t h es e c o n di ss e a r c ha n dr e a l i z a t i o no ft h en e wp a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e mo f c o m p u t e r i z e dk n i t t i n gm a c h i n e ；t h et h i r di st h ed e s i g no ft h ec o n t r o l l e ro ff l a tk n i t t i n g m a c h i n e a tf i r s t ，t h ed e v e l o p m e n to ft h ek n i t t i n gi n d u s t r i a la n dd o m e s t i ca n df o r e i g n t e c h n o l o g yo ft h ef i a tk n i t t i n gm a c h i n ei si n 打o d u c e d a c c o r d i n gt ot h a t ，t h ec o n t e n t ， p u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo ft h ep a p e ra r eb r o u g h tu p b e s i d et h a t ，t h ep a p e rg i v e sa b r i e fo ft h em e c h a n i c a ls t r u c t u r ea n dp r i n c i p l eo ft h em a c h i n e t h ep a p e ri l l u s t r a t e s t h ef o r m i n gp r o c e s so ft h eb a s i cp a t t e r nu n i tb a s e do nm e c h a n i c a ls t r u c t u r e s e c o n d l y , a c c o r d i n gt ot h et r a i to ft h ep a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e ma n dr e l a t i v e t e c h n o l o g yf r o ma b r o a d ，a d o p t i n gt h eo b j e c t o r i e n t e ds k i l l s ，t h ep a p e ri l l u s t r a t e st h e r e a l i z a t i o no ft h ep a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e mo ft h ef l a tk n i t t i n gm a c h i n eb a s e do n d r a w i n g - l a y e r t h em o d eo ft h ed r a w i n g l a y e rg i v e s as o l u t i o no fd i f f i c u l t yi n m e m o r i z i n gl a r g en u m b e r so ft h ek n i t t i n gs i g n sa n dl o w e f f i c i e n ti nd e s i g n i nt h e d i s s e r t a t i o n ，t h ep a t t e r nl o o k sm o r et r i d i m e n s i o n a lb e c a u s et h ep i c t u r ei sd i s p l a y e do n s e v e r a ll a y e r s c o n s i d e r i n gt h es k i l l so ft h ep r o g r a m ，t e c h n o l o g ya n dm e t h o do fd a t a p r o c e s s i n go ft h el a y e r sa r ea n a l y z e da n das o l u t i o na b o u th o wt os p e e dt h eg r a p h i c d i s p l a y i n go nt h ec a n v a si sg a v eo u t t h eo b j e c t sw h i c ha r et ob ec o n t r o l l e da r cc o m p l e xa n dt i m e 。r e s t r i c t e d ，s oa f t e r a n a l y z i n gt h er e q u i r e m e n ti nc o n t r o la n di oi n t e r f a c eo ft h es y s t e m ，t h ed i s s e r t a t i o n g i v e s d i s c u s s i o no fc l a s s i f i c a t i o n - c o n t r o lb a s eo nc p l d t h ee m p h a s i si so n r e a l i z a t i o no ft h es t r u c t u r eo fc o n t r o l - c o d ea n dm e t h o do ft h eh a r d w a r ed e s i g n a d o p t i n gt h ec l a s s i f i c a t i o n c o n t r o l ，d i s a d v a n t a g eo fl o g i cc o n t r o lo n l yb a s e do nc p u i sa v o i d e da l s ot h eu s e dc p u 、sr e s o u r c ei sc a td o w n f r o mt h em e a s u r e st a k e n ，t h e s y s t e mg e t st h er e a l - t i m ec o n t r o lr e q u i r e m e n t a f t e ra n a l y s i so ft h ep a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e ma n dc o n t r o ls y s t e md e s i g n ，f r o m t h ep o i n to fr e a la p p l i c a t i o n ，t h ep a p e rg i v e sa ne x a m p l eo ft h em a c h i n ea p p l i c a t i o n i n c l u d i n gt h ep a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e ma n dc o n t r o ls y s t e m a tl a s t ，s y n t h e t i c e v a l u a t i o no ft h em a c h i n ej sg i v e no u t k e yw o r d s ：p a t t e r np r e p a r a t i o ns y s t e m ，d r a w i n g l a y e r , o b j e c t o r i e n t e d ，c p l d 武汉理工大学硕士学位论文 第1 童绪论 1 1 全自动电脑横机的研究背景和国内外现状 1 1 1 研究背景 中国针织工业历经百年的发展，尤其是近二十年的迅猛发展，已经成为纺 织工业的重要产业之一。近十年来，我国针织工业产值、销售收入增长超过五 倍，2 0 0 0 年以来，国内市场针织品销售稳步增长，2 0 0 1 年，针织行业规模以上 企业实现销售收入达6 4 0 亿元。到了2 0 0 5 年，针织行业规模以上企业完成工业 总产值超过2 0 0 0 亿元。 我国自改革开放以来，其中非国有企业发展迅速，己接近针织行业的9 0 ， 针织行业生产能力集中在浙江、江苏及广东省，并己形成了一批相对集中的产 销基地，所有这些，带动和促进了我国针织机械工业的发展。与改革开放前相 比，中国的针织机械工业发展至今己有一定规模，在我国，所有针织机械大类 产品包括圆纬机、经编机，横机、袜机及钩编机五大系列产品，在我国均有生 产。 横机是一种平型纬编针织机，一直以来它是羊毛、羊绒、衫织物生产的主 要机种。然而，电脑针织横机是目前中国纺织服装机械中最为落后的机群。目 前国内可以生产电脑横机的型企业有几十家。但是与国外相比，国内企业对于 电脑针织横机基本上还处于消化、吸收、跟进阶段。由于电脑针织横机对花型 准备系统软件、电控硬件开发及配套、重要零部件的设计和制造加工工艺有着 严格的要求，需要很高的技术水平和巨大的资金投入，虽然目前国内企业已经 可以生产功能较为齐全的针织横机在品种、质量、电脑控制、机电一体化方 面与国际水平差距日益减小，但还是无法满足国内针织产品生产的需求，国内 使用的相关设备在很大程度上依赖进口。2 0 0 0 年我国纺织机械进口金额为 1 9 1 3 亿美元，其中针织机械进口金额就为4 0 5 亿美元，比1 9 9 9 年增长3 0 7 。 仅2 0 0 3 年卜6 月份，针织机械进口就达3 9 3 亿美元，比同期增长7 2 6 6 。2 0 0 5 年i - 6 月纺织机械进口总额1 7 4 6 亿元，其中针织机械进口就达5 0 5 亿美元， 预计全年将突破l o 亿美元。 国内针织服装行业的快速发展急需大量的电脑针织横机，但是进口电脑横 武汉理工大学硕士学位论文 机价格比较高，约为每台4 8 万美元，国内大部分的针织企业难以承受，市场 急需技术水平和质量与进口产品相当而价格相对便宜的国产电脑针织横机。 1 1 2 国内外技术现状 1 电脑横机国外发展现状 近年来，电脑横机不断以崭新的面貌出现，将电脑针织技术推向新的高度。 比如：日本岛精公司提出的“整体服装”( w h o t e g s m e n t ) 概念；德国斯托公司提 出的“织而穿”( k n i t - a n d w e a r ) 技术；津田驹公司则利用线性马达技术研制了 无三角横机，等等。综合分析近年来针织横机新技术的发展主要表现在以下几 个方面： 1 ) 电子选针技术 目前应用最广泛的还是电子技术驱动的机械式有触点选针n 1 ，由电磁铁控 制选针器，作用于选针片进行选针。为了保证选针动作所需的时间。选针器一 般分为几级并具有一定的机械动作，如进出或摆动。目前，越来越多的横机厂 家采用无需驱动的、无触点的选针器。并且选针技术由三位选针发展为五位选 针：长短成圈、长短集圈、不编织；前后针床相互移圈和分针补圈。如德国 环球公司生产的m c 系列横机上，通过无接触无级磁铁直接选针方式。把永久磁 铁装在针槽上。通过对其消磁进行选计，选针器与选针片完全不接触。德国s t o l l 公司生产的c m s 系列机上也采用双位无磨损电子选计技术。这种新型的无磨损 式选针。不仅可以消除接触产生的磨损和噪音还可以在整个编织区域宽度上， 达到更加一致的选针精度，并在机头动程转换时不产生间隙。 同时电脑横机的移圈技术已由单向移圈发展为可同时前后移圈，由受圈专 按圈专无移圈发展为受圈专接长线圈专接短线圈专无移圈的四位移圈技术，织 物的组织变化量以几何级数增加。移圈时采用了分针技术，避免了孔洞出现， 产生较好的花型立体感。 2 ) 机头组件 现代电脑横机机速达到1 2 m s 一1 4m s ，并有进一步提高的趋势。系统 数也愈来愈多，单机头从1 系统到6 系统双机头从2 x 1 到2 x 4 系统。每一个 横机厂家都拥有各种型号的横机。 各编织系统的横向尺寸进一步缩短。整个机头的横向宽度减少。同时，在 2 武汉理工大学硕士学位论文 机头底座、桥臂和导纱器控制座上应用轻质材料，使机头运行质量减轻，惯性 减少。机头变动程运行更加灵活轻巧，大大提高了机器的运行速度和使用效率。 各系统的控制三角更加简单，尽可能在没有可调整或可移动的三角部件情况下 进行运转，甚至出现了无机头无三角横机。1 ，其中最具创新意义的是采用线性 马达。可以实现织针的最佳运动轨迹，而不必受限于机械加工的精度。如s t o l l 公司用线性马达代替磁铁驱动可动三角，t s u d a k o m a 公司研制的无机头 ( n o n c a r r i a g e ) t f k 系列横机简单地用线性马达来控制两个针床上的弹簧舌针， 可以模拟高达2 5 0 种不同的三角编织曲线。 3 ) 线圈长度控制系统 横机上喂纱的不连续性会引起纱线喂入张力的波动，从而导致线圈长度不 均匀。由于这种影响，根据目前的工艺，一种衣片即使用完全相同的纱线加工 编织的衣片长度可能相差l o 。然后在成衣时裁去，这不仅造成了原材料和劳 动力的浪费，还影响了生产效率，更阻碍了成形编织的发展。现代电脑横机上 部开发了纱线张力稳定系统和线圈长度控制系统，如s h i m as e i k i 公司开发了 d s c s 数字式线圈长度控制系统用以测量每一导纱器喂纱长度和调节每一系统弯 纱三角深度。使编织时的实际线圈长度与编织程序设置的圈长很好地吻合。类 似的还有s t o p 公司的s e n s o f i l 张力调节系统和s t i x x 线圈校正系统等。这些 线圈长度控制系统不仅能有效地控制各横列间的线圈长度，还可以在同一编织 横列中形成大小不同的线圈。在新一代s t o l l 公司的c m s 系列机上同一横列中 可以有8 种不同的线圈长度，在t s u d a k o m a 公司的无机头横机上，同一横列中 可以有3 0 种不同的线圈长度。 4 ) 沉降片技术 在编织某些复杂立体花型时，有些织针由于长期不工作而握持有多个线圈， 由牵拉辊产生的张力就集中在这些针上，当牵拉力很大时，使线圈变形甚至拉 断纱线。牵拉力小时，会导致织针上的线圈上升而无法编织。现代电脑横机上 普遍采用沉降片装置，装在织针之间，紧压在织物的沉降弧上，分别对每个线 圈产生牵拉力，从而有效地解决了编织复杂花型时的牵拉问题。如s t o l l 公司 的可控沉降片。其片踵受机头上一个三角轨道的控制，三角使沉降片向前运动。 在织物上升时握持织物或在织物下降时回退，为脱圈作准备。这种压圈方式可 以在前、后针床进行。又如u n i v e r s a l 公司采用垂直沉降片技术，它在单面针 床上安装垂直沉降片，进入工作时，可封闭针床起牵拉握持作用，退出时，织 武汉理工大学硕士学位论文 针喂纱、垫纱。这种握持沉降片装置的另一个非常重要的特点是具有一个握持 条，在针床的间隙间从前针床伸出，可编织毛绒类织物。 5 ) 针床及针床横移 宽幅横机的机宽为2 3 0 0 m m - 2 5 0 0 m m ，窄幅横机为l l o o i i 硼r 1 3 0 0 嘲。针床横移 运动是由摇床伺服电机驱动。横移针距根据制造厂商不同从2 到7 针不等。可 以对横移速度编程，并能根据横移的距离对机头的速度进行自动控制。而且横 移装置通过自动检测横移位置再次调整自身，还能根据所编织衣片的需要，选 择边缘横移( 在机头换向时横移) 或者中心横移( 机头经过编织区时横移) 脚。不 同的横移针距和横移位置相结合，一方面使移圈更加方便可靠，另一方面使横 机在移圈时也可以进行编织或者是移圈后无需复位即可编织，提高了机器效率。 辅助针床的出现是横机生产的一大创新，即横机上有3 - 4 个钎床：两个普通针 床、i - 2 个辅助针床。如日本s h i m as e i k i 公司的s e s l 2 2 r t 型横机和s w g v ( 岛 精整体编织) 型横机均有两个辅助针床。p r o t t i 公司生产的p v 9 3 f x 型横机上有 一个辅助针床。 6 ) 电脑横机控制系统 在新一代电脑横机上，用来控制横机的计算机进一步向大容量发展，每台 机器由一个c p u 向多个c p u 发展“1 ；信息贮存量更大，速度更快。主要表象在 以下及方面：其一，自动处理明细数据以减少程序编制时间，许多公司的设计 系统都可以利用存贮的特定国标绘制编织图或线圈结构图。并可以将其直接转 换成编织程序：对不同的花型和衣片。系统可快速自动计算所需纱线量和编织 时间，还能做成模块，形成智能体系。如将各种常用的起头与下摆、花型组织 结构及各种常见款式等建立成库，以供用户自行选择调用。其二，高效检测与 模拟功能。检测系统在上机编织前就可以判定设计者编制的程序是否可行。模 拟和仿真系统可以模拟织物线圈的三维结构，并配有不同色彩、形态的纱线编 织来展示不同的风格，还可以由模特直观地产生着装效果。其三，在线控制和 远程通讯功能。用户可以通过网络电缆与异地公司进行程序交流，生产中出现 的问题( 如停机原因和基础数据) 可以通过在线控制，用系统分析整理和跟踪统 计。 2 电脑横机国内研究现状 电脑横机在发展的很晚，到目前为止国内具有自主知识产权的电脑横机生 产能力的厂家还不多。因此，国产的电脑横机无论在性能，外观等方面上都无 4 武汉理工大学硕士学位论文 法与国外相比。以南京天元生产的电脑横机为例，来说明一下电脑横机在国内 的发展状况： 1 ) 电子选针技术 国内电脑横机普遍采用的是电子驱动的有触点机械选针方式。选针器上有 6 - 1 0 片刀片，每片刀片有两个位置，通过选针器对针床上的织针进行预选针， 一次选针，二次选针，使得织针处于编织所需的成圈，集圈，浮线三个位置， 并且每个系统相互独立。选针刀片的多少决定了选针器技术性能的好坏。刀片 越少，对选针器的设计制造要求越高。 2 ) 机头组件 国内电脑横机机头组件还是以机械结构控制为主，一般为双系统，单机头， 型号比较单一。主要的三角有：织针三角、翻针三角、度目三角、清针三角、 导针三角等三角嵌在底板上，被选中的织针按照各种轨迹运动，形成各种线圈。 控制织物密度的度目三角通过步进电机控制。 3 ) 针床及针床横移 国内电脑横机的针床最常见的规格是1 2 针英寸。一般一台横机只有两个 针床。针床横移是通过伺服电机或步进电机驱动，滚珠丝杆带动后针板横移的， 横移针距根据制造厂商不同从2 到7 针不等。这种结构织物要求收针时编织速 度比较慢。 4 ) 电脑横机控制系统 国内电脑横机的控制系统都是基于w i n d o w s 下的控制系统。1 ，主要是基于 工控机实现的控制设计，国内厂家主要通过模仿国外厂家，仿制国外先进的控 制器技术，这也是导致国内电脑横机发展缓慢，稳定性不高的主要原因。 1 2 本课题研究的目的和意义 随着针织工业的发展，人们对针织产品的要求越来越高。已从传统的平纹、 简单的罗纹织物发展到现在的复杂提花以及多样化织物，手摇横机已经无法满 足时代的要求，直至2 0 世纪7 0 年代末电脑横机的出现，人们对多样化针织物 的要求才得以解决。近2 0 年来，电脑横机得到了广泛的发展，许多电脑横机部 件不断得到改善，控制系统不断升级，从事电脑横机开发和生产的厂家不断涌 现，进口的有德国斯托尔公司的c m s 系列，日本岛精公司s e c 系列，德国环球 武汉理工大学硕士学位论文 公司的m c 系列等，国产的有张家港郁翔公司f s 系列，南京天元t y 系列等。当 前，国内大多电脑横机是进口的，其价格昂贵，维修困难，而国产横机又不完 全成熟，工作不稳定，无法满足广大针织制衣公司的需求。因此，本文研制了 新型电脑横机。本电脑横机的开发成功，将大大推动国内电脑横机技术的发展， 填补国内电脑横机花型准备系统及控制器的空白。 电脑横机技术的改进和提高，丰富了针织产品的花样品种，加快了针织产 品的更新换代，给设计师和商家提供了一片广阔的天地。但是，国内对电脑横 机的研究和开发才刚刚起步，要想不受制于人，振兴民族工业，就需要在学习 国外先进技术的基础上，投入更多的人力，努力去填补电脑横机国产化的空白， 研发有自主知识产权的电脑横机控制器势在必行。 中国作为一个纺织大国，发展国产中高档织机是全面提升我国织造水平的 根本之路，是我国织机制造业的当务之急。目前国内的纺织业对低档织机的需 求己经处于饱和状态，迫切需要发展中高档织机。 1 3 本论文研究的内容 本论文研究内容是运用图像分层技术，采用面向对象的方法，实现纱色、 织法、翻针、摇床、背面分离设计的新型花型准备系统。其主要内容如下： 1 ) 结合基于c + + 的图像处理技术，建立基于图层概念的绘图引擎模型； 2 ) 结合w i n d o w sg d i 研究典型绘图工具算法： 3 ) 根据针织工艺设计花型准备系统编译模块数据结构模型和编译方法； 4 ) 研究中间伪代码表示方法并实现控制器n c 代码的自动生成； 5 ) 研究大数据量的位图数据处理方法和绘图速度解决方案。 本文还介绍了电脑横机控制系统设计思想，运用数字控制技术和硬件时序 实现快速、精确的脉冲指令发送，根据电脑横机编织工艺，开发全自动电脑横 机控制系统。其主要内容如下： 1 ) 研究电脑横机的编织工艺。包括电脑横机结构，衣片组织的形成，选针 原理和织针的走针轨迹等； 2 ) 根据电脑横机编织工艺的要求，对电脑横机控制进行系统分析。包括电 脑横机硬件结构，控制软件的需求分析； 3 ) 在对横编机的系统和功能进行分析的基础上，提出了一个基于m o t o r o l a 6 武汉理工大学硕士学位论文 y c 6 8 0 0 微处理器和c p l d 器件为中心构建的硬件平台嘲、并在其上编写出相应控 制软件，同时辅助以其他驱动电路实现对横机控制的解决方案。 该系统主要由硬件平台和软件平台两部分组成。硬件平台主要包括c p u 核 心电路、基于c p l d 的协处理器电路、辅助实现控制的驱动电路；软件平台主要 包括两部分：基于c p u 的控制软件和基于c p l d 的逻辑电路实现软件，前者包括 启动代码、底层驱动；为实现系统的可靠运行，还采取了一些保证系统可靠性 的措施。 7 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章电脑横机及其工艺过程分析 2 1 电脑横机功能机构简介 电脑横机主要有以下几个部分构成：横机机身、针板、机头、罗拉、纱嘴、 引线装置。见图2 1 。 1 ) 横枧机身 电脑横机机身主要起支撑作用，承载机器各部件运行，机身要求由足够的 刚度，符合人机工程学设计。 2 ) 针床 针床上有间隔均匀的针槽，用于放置织针。织针一般若干枚为一组，每组 成倾斜排列，主要是为了配合多段选针而设计的，织针排列如图2 2 。每台电 脑横机都具有2 4 块针板，两块主针板和两块辅助针板，两块辅助针板根据工 艺和电脑横机的要求，可以省略。 图2 - 1 全自动电脑横机 针板主要作用有两方面：一是利用横机两个针床之间的相互移动，编织由 倾斜线圈形成的具有波纹外观效应的波纹组织；二是在横机前后针床之间移圈 时，通过移动针床来达到移圈针和接圈针之间的准确对位。 本电脑横机只有两块针板，互成约9 0 度。其中后针板固定，前针板可移动。 8 武汉理工大学硕士学位论文 圳圳二i 一 针片 图2 - 2 选针角的排列及6 段式选针结构图 如图2 3 电脑根据工艺计算出针板横移所需的脉冲数并发送给步进电机， 步进电机通过同步带和滚珠丝杆带动针板移动，从而达到横移针板的目的。 1 针扳2 滚珠丝杆3 步迸电机3 同步带5 同步带轮 图2 3 针板传动机构 在本横机的针板横移传动机构上还有一套位置检测信号反馈装置，如图 2 - 4 。在控制上属于半闭环控制。在滚珠丝杆的末端固定一个同轴的凸盘( 1 ) ， 另有一个光电传感器( 2 ) 固定在机身上，使得凸盘边缘能嵌入光电传感器，当凸 盘转动时，光电传感器会根据凸盘转动量来反馈针板走过的距离。 3 ) 机头 目同 图2 4 针板位置 9 武汉理工大学硕士学位论文 机头是电脑横机最为关键的部分，如图2 - 5 。它的作用是完成选针，调节 编织物密度，控制纱嘴的停靠位置，通过三角驱动织针完成编织动作，控制编 织物的编织宽度。电脑横机工作时，机头通过导纱器带动纱嘴作往复运动。 1 机头部件底板( 功能三角、选针器) 2 针板3 导纱器 图2 5 机头简图 机头是电脑横机中最为复杂的部分，与手摇横机不同，电脑横机要完成自 动选针动作，所以在机头底部装有选针器，本系统机头是双系统机头，故共有 8 个选针器，其工作原理在第四章会得到详细介绍。 导纱器装置安装在机头顶端，随机头左右往复运动，通过其上的导纱器， 传动杆上下运动带动纱嘴，以实现不同的换梭要求。本电脑横机的导纱器调梭 装置共有1 6 只导纱器传动杆，分装于两个机头支架上，每个系统8 个导纱器。 导纱器装置的结构如图2 - 6 ，1 为传动杆，它在压簧2 的作用下始终有向下的趋 势，但在复位状态下，则由电磁铁3 的磁钢压下杠杆4 ，从而抬起1 ，使其不露 出调梭装置表面。在工作状态下，电磁铁3 的磁钢被吸上去，传动杆1 在压簧 2 的作用下又被压下，带动导纱器垫纱。 4 ) 纱嘴 图2 - 6 导纱器原理图 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 纱嘴的作用是把纱线准确地喂入舌针的针沟里，在电脑横机上，为适应多 编织系统及满足花色组织变换纱线的需要，一般配有8 1 6 支导纱器，本电脑 横机上共有1 6 支导纱器，3 2 支纱嘴，纱嘴分别安装在八根导纱器导杆上。每 只纱嘴均能被任一编织系统使用。其工作原理是：由计算机发出控制指令给相 应导纱器电磁铁，带动纱嘴随机头运动，从而可编织出五颜六色的花型图案。 图2 7 纱嘴示意图 图2 7 中1 为纱嘴，用于喂纱，2 为滑块，作用是带动纱线沿滑轨移动，3 为限位挡块，用于限制滑块的移动范围，4 为滑轨，5 为调梭传动杆。每一个纱 嘴都装在一“凹”形滑块2 上，滑块2 由导纱器调梭装置中压下的传动杆5 带 动在导纱器滑轨4 上滑动。在导纱器滑轨的左右两端各装有一个限位挡块，限 位挡块最高点高于“凹”形滑块最高点，当机头由右向左运动时，传动杆5 电 磁杠杆系统压下，经过右限位块表面略提高后落入滑块2 的凹档中，带动滑块 向左运动。到达最左端后，传动杆5 经左限位块表面被抬起，脱离挡块凹槽， 将导纱器释放。 5 ) 罗拉 罗拉通常都是通过一对牵拉辊进行牵拉( 如图2 8 ) ，以保证编织物上已经 形成的线圈能被及时的拉下，以免浮在针床上影响后面线圈的形成质量。电脑 横机都要求罗拉能根据不同的编织速度和动作，相应的调节牵拉速度和牵拉力。 f 爿一j 图2 - 8 罗拉示意图 武汉理工大学硕士学位论文 6 ) 引线装置 引线装置的作用是保持纱线一定的张紧力，使得纱线在当导纱器放掉纱嘴 于衣片两端时，或者当导纱器带动纱嘴但纱线不形成线圈的时候，依然可以保 持纱线不会下垂，从而绕上其他的障碍物。同时如果纱线发生断纱，或者纱线 上有死结时，引线装置就会产生中断信号，并且报警。 7 ) 读针系统 读针系统设计方法： a ) 给每组选针器( 共4 组) 都设定一个独立的计数器，其中存储了各自相 对于读针器的位置偏移量，以保证其在针床上的绝对位置。机头左行时，所有 计数器减去读针脉冲量：右行时，所有计数器加上脉冲量。 b ) 每组纱嘴电磁铁也有独立的计数器，存储各自相对于读针器位置的偏移 量，以保证其在针床上的绝对位置，机头左行时，所有计数器减去读针脉冲量； 右行时，所有计数器加上脉冲量，各自计数器中的值是各纱嘴电磁铁在针床上 的绝对位置。在图2 - 9 中。导轨有4 根，每根导轨的前后各挂有两个纱嘴，左 右各一个；1 6 个纱嘴电磁铁分为两组，左右各一组，方便带纱嘴。可以规定每 组纱嘴都有一个计数器，在x 坐标方向只有2 个位置，即需要2 个计数器即可。 图2 - 9 导纱器电磁铁、纱嘴及导轨分布 2 织物基本组织单元的形成 2 2 1 线圈形成过程 线圈的编织”1 过程分为退圈、垫纱、闭口、套圈、弯纱、成圈与牵拉几个 阶段。如图2 一l o ( 1 ) 所示，机头从右向左移动，舌针先在起针三角a 1 和挺针 三角b 的作用下上升到退圈最高点，见图中针1 0 ，此时旧线圈从针钩移到针杆 武汉理工大学硕士学位论文 上，随后舌针在度目三角的作用下开始下降，并通过导纱器垫上新纱线，针在 下降过程中，处于针杆上的旧线圈移到针舌上，开始将针口封闭，见图中针1 2 ， 1 3 。舌针闭口后，继续沿压针三角下降，旧线圈移到针舌进行套圈，见针1 6 。1 7 ； ( 2 )( 3 ) 图2 - 1 0 线圈形成过程 然后进行脱圈，使旧线圈从针头脱下，见针1 8 ，在脱圈的同时，新纱线被针钩 弯曲，直至形成一只新的线圈，见针1 9 。以后，在牵拉力的作用下，将新形成 的线圈拉向针背，以避免下一成圈过程中舌针上升时旧线圈重新套于针钩之上。 线圈编织时的走针轨迹图2 - l o ( 2 ) 所示。线圈形成组织图如图2 - i o ( 3 ) 所示 2 2 2 集图形成过程 武汉理工大学硕士学位论文 由旧线圈与悬浮一起形成的针织物组织称为集圈。在电脑横机上，集圈 的编织采用的是不完全退圈法。 如图2 - 1 1 所示，图2 一i i ( 1 ) 中针2 集圈编织，退圈过程中没有达到完全 退圈的高度，旧线圈仍然挂在针舌上，而针l 和针3 上升到退圈高度，旧线圈 到针杆上此时，垫上纱线b ，当针i 、2 、3 下降时，纱线b 喂入针钩内，在 针1 和3 上形成新线圈，而在针2 的针钩内形成悬弧d ，与旧线圈一起组成集 圈。图2 - 1 1 ( 3 ) 表示集圈编织时的走针轨迹，其中轨迹c 为一般线圈编织时的 走针，轨迹f 为集圈组织走针轨迹。图2 1 i ( 4 ) 为集圈组织图。 糖浠 2 2 3 移图形成过程 ( 2 )( 3 ) 图2 - 1 1 集圈形成过程 在电脑横机上，移圈主要在两个针床之问进行。为了达到自动移圈的目的， 采用了特殊的移圈针，有专用缺口舌针和带有扩圈片的舌针两种。如图2 1 2 所 示。图2 - 1 2 ( 1 ) 为专用缺口舌针的结构，在开启的针舌下端有一凸肩l ，用于 握持线圈，在凸肩的下面铣有切口2 ，便于移圈时对面接圈织针穿进移圈的线 圈。图2 1 2 ( 2 ) 为带有扩圈片的舌针结构，它与专用缺口舌针不同之处在于用 扩圈片3 代替了缺口的功能。扩圈片的一端固定在针杆上，另一端紧贴针杆的 凹槽4 ，针杆与扩圈片形成空隙5 。由于扩圈片对线圈起扩张作用，因此更便于 对面的织针从中穿过。 两种移圈针的移圈过程是一样的。图2 - 1 2 为带有扩圈片舌针的移圈过程。 移圈前，一个针床必须相对另一针床移动一定的针距，使接受线圈的舌针2 的 针头对准对面针床上的舌针与扩圈片之问形成的空隙3 。移圈时，针l 上升的 高度必须超过退圈时的高度，使被移圈的线圈4 处于扩圈片切口5 的位置。被 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 扩圈片拉紧，扩大。在针1 上升的同时，针2 也上升，上升的高度以旧线圈仍 留在针舌上，而针钩能穿过扩圈片与针杆之问的间隙为度。最后，针1 下降， 线圈就从针1 移到针2 上。 移圈时舌针的走针轨迹如图2 1 3 所示，其中a 表示移圈的走针轨迹，b 表 示接圈的走针轨迹。 2 团 i i i | 图2 1 2 移圈形成过程 ( 3 ) 么竺旦一么鎏骘 ( 1 )( 2 ) 图2 1 3 舌针的走针轨迹 2 2 4 浮线形成过程 芾擀 ( 1 ) 2 ) ( 3 )( 4 ) 图2 一1 4 浮线形成过程 浮线是织针不参加编织而形成的。在电脑横机上，织针是否参加编织是由 电磁选针机构是否对该针选针决定的。 武汉理工大学硕士学位论文 浮线的形成过程如图2 1 4 所示。图2 - 1 4 ( 1 ) 中舌针1 和3 被选针机构选 中而进入工作，沿起针三角和织针三角上升，进行退圈，并垫上新纱线a 。针2 由于未被选中，没有参加工作，旧的线圈仍然留在针钩内( 如图2 - 1 4 ( 2 ) ) ，由 于牵拉力的作用而被拉长，旧线圈一直到针2 参加工作时才脱下。这样，未垫 在针2 上的纱线就形成了浮线。图2 1 4 ( 3 ) 显示了成圈编织与不编织时织针的 走针轨迹，其中轨迹c 表示成圈走针轨迹，轨迹d 表示不编织走针轨迹。 1 6 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章电脑横机花型准备系统的研究与实现 3 1 花型准备系统整体框架设计 3 1 1 花型准备系统的基本特点 花型准备系统克服了传统手工编写意匠图( 也叫上机图或拆行图) ，生产效 率低的缺点，不仅可以方便地编织提花组织、集圈组织及各种移圈组织，还能 编织成形产品。因此，机器需要很多控制装置，如选针、密度调节、三角变换、 针床横移，导纱器位置设定及各类自停装置，如果仅靠键盘输入信号，将是一 项非常艰巨的任务，寻求高效的生产技术来促迸电脑横机的发展和普及是势在 必行的，花型准备系统也由此而产生。 服装款式的流行期短、多品种的特征加剧了纺织工业在贸易上的竞争。现 在的针织生产没有先进的花型准备系统几乎是不可想象的。原先针织产品设计 的手工设计已经逐步被越来越先进的花型准备系统替代了。计算机花型准备系 统的不断进步，将推动针织工业发生革命性的变化，计算机不仅可以实现复杂 花型的设计，还可以自动检查设计过程中的程序错误以及模拟机器编织的实际 状态。现在的电脑横机都配有花型准备系统，采用此c a d 系统有很多优点9 ： 首先，大大提高了花型处理速度，从花型的输入到自动产生编织的控制信息， 仅需几秒钟，这是手工方式无法比拟的。其次，大大缩短了生产周期，从花型 设计到成晶生成，仅需几十分钟至几小时，尤其利于花色和样式的更新，增强 了产品的市场竞争力。再次，节省了劳动力，减轻了劳动强度，不需人工画意 匠图，制作花板，仅需简单的操作就可完成花型准备，满足整个车间的生产， 产品质量和技术水平也大大增强。 花型准备系统主要包括花型程序设计及自动出带两大系统”1 。经过花型输 入与图形编辑过程也就是花型程序设计过程，添加各类编织控制参数，形成编 辑好的花板数据，最后编译生成编织控制数据存放在软盘或者u 盘中，把盘中 的数据送入横杌控制器，即完成了花型的准备工作。花型输入与编辑系统有强 大的操作功能，如画点、线、圆、圆弧、随手线、文字、多边形等基本图形操 作工具，还有特殊的图形变换工具，如：图形的缩放，旋转，翻转，对称，自 动收加针，自动删、插行，换色，阴影，填充，轮廓镶边等等。在程序的操作 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 过程中，可以实现任意步骤的u n d o r e d o 操作。花板设计系统将处理好的编织 图形数据，按照设计者要求的针法以及工艺要求，生成n c 控制代码并将意匠图 显示在花型准备系统中，操作者可以在意匠图上进行局部调整操作，修改自动 出带上机图中的编译错误，最后生成横机能够识别的n c 控制代码。该系统同时 也提供各种帮助文件和自动错误检测。对各种参数合理性和匹配性检测，然后 给出提示错误提示，方便对花型设计进行修改。 新一代电脑横机大大促进了羊毛衫生产工艺的改进，我国每年从国外引进 了近万台左右电脑横机，这对促进我国羊毛衫生产起了积极的推进作用。但是 单靠引进，成本较高，无法形成普遍意义的推广。所以，成功开发国内此项产 品迫在眉捷。而国外产品性能之完美，功能之先进对国内针织行业来说是可以 借鉴的。如何使自动编程功能更完善，使之能更有效的发挥作用，是花型准备 系统研究的热点。 3 1 2 花型准备系统的功能需求分析和设计原则 本花型准备系统的核心功能是实现花板组织图的