（纺织材料与纺织品设计专业论文）电脑横机编织工时预测系统研究.pdf

删舢f irrlllll l l l l l l l l l u p ， y 17 7 3 3 0 2 学位论文的主要创新点 一、对电脑横机的编织动作进行分析，找出了各编织动作的运动规律 及工时占用情况。 二、建立了电脑横机编织工时预测数学模型，并结合v b 编程进行了 电脑横机编织工时的模拟，实现了计算机辅助电脑横机编织工时 预测系统的开发。 三、建立了毛衫编织工时数据库，可为以后的电脑横机加工毛衫提供 时间标准。 摘要 近年来，电脑横机以其在提高毛针织产品生产效率、产品质量、节约原材料 等方面的明显优势，深受生产企业的青睐，电脑横机编织工时是毛衫生产企业进 行生产计划与排期、生产报价与成本核算等的主要依据和标准，也是毛衫加工企 业与贸易方之间核算电脑横机加工成本和报价的主要依据。 为了更合理地为毛针织行业的生产和交易提供标准的编织工时，本文对新一 代电脑横机的主要传动机构和编织机构的功能、工作原理以及编织过程进行了探 讨和分析，通过分析电脑横机的编织动作过程，分解了电脑横机在生产加工中的 各种动作要素，测试了这些动作要素在编织时所占用的时间，找出了它们对编织 工时的影响情况，由此建立了电脑横机编织工时预测数学模型。并通过对常见花 型编织方法的分析，建立了常见花型的编织工时数学模型。 在各数学模型基础上，建立了工时计算程序、花型工时计算程序和毛衫编织 工时数据库检索查询系统。通过进行毛衫衣片的实际编织测试时间与预测时间相 比较验证了该预测系统的可行性，从而实现了电脑横机编织工时的预测，为生产 加工时的成本核算和交易价格提供了一个客观依据。 关键词：针织；羊毛衫；电脑横机；编织工时；预测；v i s u a lb a s i c ；a c c e s s 数 据库 a b s t r a c t i nr e c e n t y e a r s ，c o m p u t e r i z e d f l a t k n i t t i n g m a c h i n e sa r ew e l l r e c e i v e d b y m a n u f a c n l r e sa st h e i ro b v i o u sa d v a n t a g e sl i k ei m p r o v i n gt h ep r o d u c t i v i t y ，q u a l i t y , s a v i n gm a t e r i a l so fk n i t t i n ge n t e r p r i s e s t h ek n i t t i n gh o u r so fc o m p u t e r i z e d f l a t k n i t t i n gm a c h i n ei st h em a i nb a s i sa n ds t a n d a r dw h e nt h ee n t e r p r i s e sg e tp r o d u c t i o n p r o g r a m s ，q u o t e s ，c o s t i n g a sw e l la sa c c o u n t i n gc o s t sa n dq u o t e sw i t ht h et r a d es i d e i no r d e rt op r o v i d em o r er e a s o n a b l ek n i r i n gh o u r st ot h ep r o d u c t i o na n dt r a d e o fw o o l k n i t t i n gi n d u s t r y ，t h ep a p e rd i s c u s s e da n da n a l y z e dt h e m a i nt r a n s m i s s i o na n d k n i t t i n gg e a r sf u n c t i o n ，o p e r a t i o n a lp r i n c i p l ea n dt h ek n i t t i n gp r o c e s so ft h en e w g e n e r a t i o no fc o m p u t e r i z e d f l a tk n i r i n gm a c h i n e t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ek n i r i n g a c t i o np r o c e s so fc o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n e ，t h ea c t i o ne l e m e n t so fi m p a c t i n g k n i t t i n gh o u r sw e r ed e c o m p o s e d ，a n dt h ee x p e r i m e n t a lt e s t sf o re v e r y a c t i o ne l e m e n t s w e r ec 枷e do u t t h ei m p a c t i n gs i t u a t i o nb e t w e e ne v e r ya c t i o ne l e m e n t sa n dk n i t t i n g h o u r sw e r ef o u n d a n d f r o mt h i s ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fk n i t t i n g h o u r s f o r e c a s t i n gw a se s t a b l i s h e d a n dt h r o u g ht h ea n a l y s i s t h ek n i t t i n gm e t h o d so f c o m m o np a t t e r n s ，t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fc o m m o np a t t e r n s k n i t t i n gh o u r sw e r e e s t a b l i s h e d o nt h eb a s i so ft h em a t h e m a t i c a lm o d e l s ，t h ec a l c u l a t i o np r o g r a m ，p a t t e r nc a l c u l a t i o n p r o g r a m ，a sw e l la st h er e t r i e v a ls y s t e mo fk n i t t i n gh o u r sd a t a b a s ea b o u ts w e a t e r s w e r ed e s i g n e d b yc o m p a r i n gt h es w e a t e r s a c t u a lk n i t t i n gh o u r sa n df o r e c a s t i n g h o u r s ，t h ef e a s i b i l i t yf o r e c a s t i n gs y s t e mw a sv a l i d a t e d h e n c et h ek n i t t i n g h o u r s f o r e c a s t i n go ft h ec o m p u t e r i z e df l a tk n i t t i n gm a c h i n ew a sr e a l i z e d ，w h i c hp r o v i d e s o b j e c t i v ee v i d e n c eo fc o s ta c c o u n t i n gd u r i n gm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s i n ga n dt r a d i n g p d c e k e vw o r d s ：k n i t t i n g ；w o o l e ns w e a t e r ；c o m p u t e r i z e df a tk n i t t i n gm a c h i n e ；k n i t t i n g h o u r s ；f o r e c a s t i n g ；v i s u a lb a s i c ；a c c e s s d a t a b a s e lillilliliiiiiiiiiiillil-i_-i 目录 第一章绪论1 1 1 电脑横机的发展历程l 1 2 电脑横机的生产效率影响因素1 1 3 电脑横机编织工时的应用情况3 1 4 计算机工时定额预测方法4 1 5 本课题的目的意义、研究内容以及研究方法5 1 5 1 课题的目的意义5 1 5 2 课题的研究内容5 1 5 3 课题研究方法6 第二章电脑横机的主要控制机件及其控制特点7 2 1 伺服电动机的基本知识7 2 1 1 伺服电动机的概念及其发展7 2 1 2 交流伺服电动机的原理及传动特点8 2 2 伺服电动机在电脑横机上的应用1 0 2 2 1 伺服电动机在编织机构上的应用1 0 2 2 2 伺服电动机在传动机构上的应用l l 2 3 电脑横机编织运动特点13 2 3 1 电脑横机织物组织结构特点分析1 3 2 3 2 电脑横机机头运动过程15 2 3 3 电脑横机编织动作要素1 6 第三章实验过程以及实验结果分析1 7 3 1 编织工时实验数据采集1 7 3 1 1 起头时间1 7 3 1 2 编织时间1 7 3 1 3 翻针时间1 7 3 1 4 单独翻针时间1 8 3 1 5 横移时间1 8 3 1 6 机头空跑时间18 3 1 7 机头停顿时间18 3 1 8 安全折返时间( 回针距时间) 1 9 3 2 实验结果1 9 3 2 1 起头时间1 9 3 2 2 编织时间1 9 3 2 3 带翻针编织时间2 0 3 2 3 1 翻针时间2 0 3 2 3 2 针数与编织加翻针时间关系2 0 3 2 4 单独翻针时间2 l 3 2 5 横移时间2 2 3 2 6 空跑时间2 2 3 2 6 1 编织区域空跑2 2 3 2 6 2 整针床空跑2 4 3 2 7 停顿时间。2 4 3 2 8 安全折返时间( 回针距时间) 2 4 3 3 斯托尔c m s 3 2 0 电脑横机编织工时预测数学模型的建立2 5 3 3 1 平摇工艺时间模型。2 5 3 3 2 成型工艺时间模型2 5 3 3 3 附加时间模型。2 6 3 4 金龙双系统电脑横机编织工时预测数学模型2 6 3 4 1 平摇工艺数学模型：2 8 3 4 2 成型工艺数学模型。2 8 3 4 3 附加时间模型2 8 3 5 金龙单系统电脑横机编织工时预测数学模型2 8 3 5 1 平摇工艺数学模型2 9 3 5 2 成型工艺数学模型3 0 3 5 3 附加时间模型3 0 3 6 花型时间模型3 0 3 6 1l x l 绞花，2 x 2 绞花，3 x 2 绞花时间模型3 0 3 6 23 x 3 绞花、4 x 3 绞花时间模型。3 l 3 6 34 x 4 绞花，5 x 4 绞花时间模型3 2 3 6 45 x 5 绞花，6 x 5 绞花时间模型3 3 3 6 56 x 6 绞花时间模型3 4 3 6 6l x l x l 绞花时间模型3 5 3 6 72 x 2 x 2 绞花时间模型3 6 3 6 83 x 3 x 3 绞花时间模型3 6 3 6 94 x 4 x 4 绞花时间模型3 7 3 6 1 0 8 x 8 绞花时间模型。3 8 3 6 1 11 0 x 1 0 绞花时间模型。3 9 3 6 1 21 2 x 1 2 绞花时间模型4 0 3 6 1 3 双菱形阿兰花时间模型4 0 3 6 1 4 菱形阿兰花时间模型4 1 3 6 1 5 织孔阿兰花时间模型4 2 3 6 1 6 桂花针时间模型4 3 3 6 1 7 相同方向移圈时间模型4 3 3 6 1 8 不同方向移圈时间模型4 4 3 6 1 9 两色提花时间模型4 5 3 6 2 0 三色提花时间模型4 5 3 6 2 1 四色提花时间模型4 5 第四章电脑横机编织工时预测系统的建立4 7 4 1v b 概述4 7 4 1 1v b 的基本概念4 7 4 1 2v b 与数据库应用程序4 7 4 1 3 可视化设计基本控件4 8 4 1 4a c c e s s 数据库的基本概念。4 9 4 2 电脑横机编织工时预测系统总体设计思路5 0 4 3 工时计算程序5 1 4 3 1 设计思路5 1 4 3 2 工时计算程序界面设计5 1 4 3 3 工时计算程序编写5 2 4 4 毛衫编织工时数据库查询程序5 2 4 4 1 设计思路一5 2 4 4 2 毛衫编织工时数据库查询程序界面设计5 4 4 4 3 程序编写5 5 4 5 花型工时程序5 6 4 5 1 设计思路5 6 4 5 2 毛衫编织工时数据库查询程序界面设计5 7 4 5 3 花型工时计算程序编写5 8 4 6 编织工时验证5 8 4 6 1 规格尺寸及编织工艺5 8 i i i 4 6 2 置信区间的确定5 9 4 6 3 预测结果及验证6 0 第五章电脑横机编织效率分析6 l 5 1 不同机器对编织效率的影响6 1 5 1 1 编织动作时间差异6 l 5 1 2 翻针动作差异分析6 2 5 2 系统数对编织效率的影响6 2 5 2 1 金龙单、双系统机器编织效率比较分析6 2 5 2 1 1 编织动作分析6 2 5 2 1 2 翻针动作分析6 3 5 2 2 斯托尔双、三系统机器编织效率比较分析6 4 5 2 2 1 编织动作分析6 4 5 2 2 2 翻针动作分析6 4 5 3 安全折返时间对编织效率的影响6 4 5 4 花型组织对编织效率的影响6 5 第六章总结6 7 参考文献6 9 发表论文和参加科研情况说明。7 1 附录7 3 附录一7 3 附录二7 4 附录三7 5 附录四7 6 附录五7 6 附录六7 7 附录七7 8 致谢。8 5 第一章绪论 1 1 电脑横机的发展历程 第一章绪论 电脑横机是一种由电脑控制的、自动化程度很高的横编机械，代表了针织机 械发展的域高水平，主要用于针织服装和工艺品的编织生产，适合毛、棉、丝、 麻、羊绒、兔毛及各种化纤、混纺纱线的编织。 电脑横机是针织横机发展的里程碑，自2 0 世纪7 0 年代问世以来，这种先进 的机电一体化设备就不断受到毛衫以及其它各种针织服装生产企业的青睐。电脑 横机的生产效率非常高，是一般手动横机的4 _ - 5 倍。另外工人劳动强度低，挡 车效率为普通横机的仁8 倍。电脑横机编织性能稳定可靠，适应性强，编织复 杂品种的效率比普通横机高且产品质量有保证。电脑横机编织速度快、生产周期 短、花色品种多、品种翻新快，可以进行多品种、小批量的生产，能够保证针织 服装生产企业快速应对当前快速多变的市场。利用电脑横机可以生产更高附加值 的毛衫，使企业获得更大利润【卜3 1 。 第一台电子控制的横机，如德国斯托尔( s t o l l ) 公司的a w 和d s t r 机 型，是在1 9 7 5 年意大利米兰的i t m a 上展出。四年后，斯托尔公司展出了第一 台电脑横机( c n c a 3 ) 和世界上第一个花型准备系统。经过3 0 多年的研制和发展， 原来复杂的机械结构大为简化，花型设计范围可以不受限制，工艺制作时间大大 缩短。现在，各个电脑横机生产厂家在技术上不断创新，促进了针织工业的快速 发展。电脑横机及其花型准备系统的更新换代越来越快，如近年来出现的一些新 功能的机器，其设备朝着高机号和全成形方向发展，功能更强大，更齐全，操作 更简单，生产效率更高，工作性能更可靠。有代表性的如：德国斯托尔公司的 c m s 系列，日本岛精公司的s w g 、s s g 和s i g 系列等【4 。6 1 。 1 2 电脑横机的生产效率影响因素 电脑横机的各种技术进步都在不同方面大大提高了电脑横机的生产效率，主 要表现在： 1 、机头组件：现代电脑横机机速达到1 2 州卜1 3 m s ，并有进一步提高的趋 势。系统数也越来越多，单机头从l 系统n 6 系统双机头从2 x l 至u 2 x 4 系统。控制 三角更加简单，能在没有可调整或可移动的三角部件情况下进行运转【7 1 。 天津工业大学硕士论文 2 、电子选针技术：越来越多的横机采用无需机械驱动的、无触点的脉冲发 生器，可以消除由触点产生的磨损和噪声。原来的三位编织技术发展为长线圈成 圈一短线圈成圈长线圈集圈一短线圈集圈一浮线五位编织。同时电脑横机的移 圈技术已发展为可同时前后移圈以及四位移圈技术p j 。 3 、线圈长度控制和动态密度的实现：线圈长度控制可以由每个系统的步迸 电动机控制，在水平较高的电脑横机上，同一行里可以根据需要实现不同的线圈 长度，在增加花型效果的同时也节约了编织时吲弘1 2 j 。 4 、沉降片技术的发展：沉降片技术的采用是继电脑横机上使用压脚技术后 的又一大进步。沉降片配置在每一织针旁边，能很好的控制每一织针上的旧线圈 和新纱线，这样可以产生三维效应的立体织物，同时利于开袋等全成形编织【j 川。 5 、针床和机号控制：电脑横机的系统数有所增加，最大可达8 系统。机号有 向高机号发展的趋势，现在很多公司的机器己达1 8 针2 5 4 m m ，其产品不仅适用 于春秋季，也适用于夏季服装，而且有由单一机号向多机号转变的趋势。斯托尔 ( s t o l l ) 公司的c m s 系列电脑横机，通过简单的改变针床和三角并将新机号 的资料输入电脑，即可很容易的换机号。新型的c m s 3 4 0 系列横机完善了织可穿 技术，采用4 个编织系统，可以直接编织全成形的服装，实现附件编织的一次成 型( 包括罗纹1 ：3 ，衣袖，衣领，口袋，纽扣孔等与大身结合在一起一次编织成形) ， 并采用了最新的专利多针距技术( m u l t i g a u g e s ) ，该技术采用了可控的运动脱圈 沉降片和斯托尔独特的装有弹性针舌的弹簧舌针，可以实现一机多用，即无须更 换任何部件就可以在同一横列生产两种不同机号效果的织物，粗细效果的反差为 织物带来了全新的外观效果。先进电脑横机的另一个特点是针床数的增加和织针 可换性的增强，岛精公司的f i r s t 系列横机可以配有4 个针床，采用了岛精公司 的专利复合针和相对沉降片技术，可以编织几乎所有的针织花型和组织并能够任 意控制线圈尺寸4 | 。 6 、采用控制电机：在新型电脑横机的控制系统上，越来越多地采用控制电 机，这是由于控制电机的精确度高，可信度高，并能对信号做出快速响应，加上 其功率及体积小，重量轻，可以使控制机构紧凑且可靠，例如采用伺服电动机控 制机头往复运动，可充分发挥此种电机灵敏度高，响应速度快，对控制讯号反应 灵敏等特点引。 7 、全成形编织：最有代表性的就是岛精公司的“整体服装技术和斯托尔 公司的“织可穿 技术，不但使服装外观线条流畅，而且生产上可以减少工序， 节约原料，降低成本。三维全成形编织技术不仅用于服装生产，而且已用于产业 用针织品的生产，可编织出球状、管状、箱体、汽车座垫等三维立体织物，少了 缝合工序，电脑横机编织效率有了很大提高。 第一章绪论 8 、辅助成圈系统：许多横机配备了专门的线圈长度控制调节系统，用于测 量并控制调节线圈长度，提高产品质量。传动系统由链式传动到皮带往复传动的 转换使得电脑横机可以实现机头行程可变技术及随之而来的机头分合技术。牵拉 卷取不但实现了连续化，还配备了辅助牵拉辊、牵拉梳等辅助牵拉卷取机构。针 床横移机构由计算机控制的步进电机驱动，横移针距2 _ 7 针不等，也可以横移 整针，1 2 针或1 4 针，并能进行微调，以保证针床的准确定位。为了提高产品 质量和生产效率，横移机构还可以改变横移速度，可以做过量横移，并可以在机 头通过编织区域时进行横移。 9 、电脑花型准备系统：新一代电脑横机的花型准备系统功能更加完善，不 仅操作简单，控制方便，并具备了高效检测和模拟功能，增加了远程通讯功能和 局域网络系统1 1 6 - 2 0 1 。 影响电脑横机编织工时长短、编织效率高低的最直接因素是控制机件。电脑 横机编织过程受控制系统各机件的控制，控制机件的工作性能是电脑横机生产效 率的主要影响因素。编织过程需要由机头控制、选针器控制、三角控制、纱嘴控 制、摇床控制、密度调节控制、牵拉控制配合完成。受控单元能否实现稳定协调 的工作将直接关系到产品工艺质量和生产效率等问题。机头是横机编织的核心部 件，选针器、三角、密度电机以及用于纱嘴选择的电磁铁都安装在机头上。机头 由同步齿形带带动，在交流伺服电机驱动下，沿导轨在针床表面做往返横移运动， 因而机头运动平稳且精度高。通过控制交流伺服电机的转速、转角和转向，可实 现机头在全行程范围内的变动程，即可根据设计所确定的横列数和变化的织针数 在任何位置做往复运动，并可由计算机编程控制，机头用同样线速度移动，编织 过程效率高，减少了无效移动，提高了机器的生产效率【1 2 1 8 】。 1 3 电脑横机编织工时的应用情况 电脑横机强大齐全的技术优势和极高的生产效率，能为企业带来丰厚的利润 空间，能完成批量大、难度高、交货期紧的一些手动横机无法完成的生产任务。 目前针织行业竞争日趋激烈，尤其在毛衫加工企业，电脑横机被广泛引进以增强 企业竞争力【2 1 之3 1 。 目前毛衫行业的工时应用还存在许多问题，有些毛衫加工企业对生产的安排 均匀性不到位，仍按传统管理习惯，把工作重点放在后整理与质检上，对毛衫生 产工时的重视不足，造成生产安排前轻后重，前松后紧现象，总是在交货期临近 之时，暴露出其生产安排的弊端，造成生产混乱，严重时甚至延误交期。加工企 业用电脑横机生产确定工时基本上是先编织样品，统计样品的编织时间，再确定 天津r t 业大学硕七论文 样品最后的编织工时，这样浪费人力，浪费精力。另外，电脑横机编织工时是加 工企业与贸易方之间核算电脑横机加工成本的主要依据，以往的贸易交易中，贸 易方只能根据生产企业所报工时来进行定价，比较被动，不能准确把握产品的真 实工时。 电脑横机在毛衫生产企业的广泛应用要求一套与之匹配的电脑横机编织工 时预测系统，以方便企业进行生产计划与排期、生产报价与成本核算、贸易交易 等。到目前为止国内只有手动横机的工时定额研究，而电脑横机编织工时的研究 尚属空白。所以本课题根据形势发展需要进行电脑横机编织工时这一领域的研 究，开发电脑横机编织工时预测系纠川。 1 4 计算机工时定额预测方法 近几年，随着计算机技术的不断发展，计算机辅助技术在现代企业中已得到 广泛深入的应用，而且企业也拥有较为全面的制造工艺标准数据、各种加工方式 的工时计算公式，或者长期积累的辅助工时定额方面的统计数据。计算机辅助技 术在工时定额管理中的应用不断广泛。 目前，国内大多数计算机辅助工时定额系统开发都在沿用这样一个模式： 先搜集企业的工时定额历史资料，然后利用数学分析手段，建立工时定额标准图 表和数学模型，然后在此基础之上，完成计算机辅助工时定额系统的设计与开发。 而关于工时定额数学模型的建立，普遍采用以下两种方法：其一，利用原始工时 定额统计数据按线性回归的步骤，推导出定额时间公式；其二，利用工艺分析以 及数学变化得到定额时间公式。然后，将大量的定额公式转变成计算机程序，这 就是常用的“工时定额数学模型”。现有工时定额系统的研究过程和方法的示意 图如图1 1 所示1 2 川。 图1 1 现有工时定额系统的研究过程和方法示意图 第一章绪论 1 5 本课题的目的意义、研究内容以及研究方法 1 5 1 课题的目的意义 在生产制造业中，时间往往是价值的体现，加工时间越短，在单位时间内的 产量就越多，创造的价值也就越大。电脑横机编织工时在生产中有着重要作用： 编织工时规定了针织物的生产时间消耗量，是订制企业计划、合理组织生产的基 础，保证企业生产连续协调地进行；电脑横机编织工时还是电脑横机生产技术改 进以及生产效率提高的重要体现，通过分析影响生产效率的各种因素，研究提高 生产效率的途径和措施，为企业编制计划、组织生产、进行成本核算等提供科学 依据，最终达到提高经济效益的目的；电脑横机编织工时是企业内部进行成本核 算、评价经济效益的重要依据，是成本控制的重要手段之一；同时电脑横机编织 工时还是加工企业与贸易方之间核算加工成本的主要依据【2 6 。2 8 1 。所以电脑横机编 织工时预测系统实用性强，既有利于加工方核算成本，安排生产，提高效率，又 有利于贸易方参照标准，合理定价，积极配合了电脑横机的使用，有利于电脑横一 机的发展与应用。 另外电脑横机编织工时研究还有重要的理论意义，目前国内的电脑横机生产 制造水平还相对落后，本课题通过对电脑横机编织时间的研究，结合电脑横机控 制机件，分析电脑横机的编织效率，找出影响电脑横机编织时间的技术因素，对 国内电脑横机生产制造技术的发展提高具有一定的指导意义。- 1 5 2 课题的研究内容 ( 1 ) 分析电脑横机的机构和工作原理，探讨影响电脑横机工作效率的因素。 ( 2 ) 研究针织物组织结构，分析电脑横机编织动作，找出电脑横机编织时 间影响因素，分析测试方法，通过测试获得织针各种动作以及纱嘴运动所需要的 时间。根据所需测试的编织动作，设置试验。 ( 3 ) 分析测试结果，获得电脑横机编织时间数据，建立相应的数学模型； 分析电脑横机机构，找出影响电脑横机编织时间的技术因素。 ( 4 ) 运用计算机编写应用程序，把数学模型转化成电脑横机编织工时预 测系统。 ( 5 ) 根据毛衫生产工艺单，进行典型款式的毛衫编织工时的计算，掌握 典型针织花型的编织动作及工时计算方法。 天津 t 业大学硕士论文 1 5 3 课题研究方法 ( 1 ) 测试并收集电脑横机编织时间原始数据。 ( 2 ) 分析整理数据，判断线性关系。 ( 3 ) 按一定的函数或相关型设计标准数学模型式( 即一般规范方程式) 。 ( 4 ) 根据测试数据求解公式中有关参数，建立电脑横机工时预测数学模型， 收集常用花型的编织方法，建立各花型的编织工时数学模型。 ( 5 ) 设计产品进行检验调整。 ( 6 ) 运用v b 语言编程将数学模型转化为电脑横机编织工时计算系统。 ( 7 ) 运用工时计算系统，根据毛衫生产工艺单计算常用的各种款式的毛纱 的编织工时并统计建立数据库，结合v b 编程建立毛衫编织工时查询系统。 ( 8 ) 根据花型编织工时数学模型运用v b 编程建立花型工时计算系统，实 现带花型的毛衫编织工时的预测。 第二章电脑横机的主要控制机件及其控制特点 第二章电脑横机的主要控制机件及其控制特点 了解电脑横机的传动机构、编织机构的控制机件，认识传动特点及机头运动 过程，分析电脑横机基本编织动作，并在此基础上掌握各种针织物的编织特点， 是进行电脑横机编织工时研究的前提。 2 1 伺服电动机的基本知识 2 1 1 f 司服电动机的概念及其发展 伺服电动机又叫执行电动机，或叫控制电动机。在自动控制系统中，伺服电 动机是一个执行元件，它的作用是把信号( 相位或控制电压) 变换成转轴上的机 械位移和转向，也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移。其容量 一般在0 1 1 0 0 w ，常用的是3 0 w 以下。伺服电动机的的职能是服从控制信号的 要求而动作，在信号到来之前，转子静止不动；信号到来之后，转子立即转动， 转速随着转矩的增加而匀速下降，可使伺服电机控制速度、位置精度非常准确； 当信号消失，转子马上停转。 伺服电动机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的u v 胱三相电形成电磁场， 转子在此磁场的作用下转动，同时电机将自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动 器根据反馈值与目标值进行比较，来调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定 于编码器的精度( 线数) 。 伺服电动机按其使用的电源性质不同，可分为直流伺服电动机和交流伺服电 动机两大类。直流伺服电动机输出功率较大，一般可达几百瓦；交流伺服电动机 输出功率较小，一般为几十瓦【2 9 】。 随着自动控制技术的发展，伺服电动机的应用日益广泛，对其性能要求也不 断提高；另外新材料、新技术的出现也为伺服电动机的发展提供了可能，促进它 的发展，涌现出许多新型结构。如快速响应低惯量的盘形电枢直流电动机、空芯 杯电枢直流电动机和无槽电枢直流伺服电动机；取消了传统直流电动机上的电刷 和换向器采用电子器件换向的无刷直流伺服电动机；为适应高精度低速伺服系统 的需要取消了减速机构而直接驱动负载的直流力矩电动机等【3 0 】。 天津工业大学硕士论文 传统的交流伺服电动机的结构通常是采用笼转子两相伺服电动机及空心杯 转子两相伺服电动机，随着永磁材料、电子技术和计算机控制技术的发展，永磁 同步伺服电动机得到了很大发展。 2 0 世纪8 0 年代以来，随着集成电路、电力电子技术以及交流可变速驱动技 术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了迅猛的发展，各国著名电气厂商相继推出 各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品，并不断完善和更新。交流伺服系 统已成为当代高性能伺服系统的主导方向，使原来的直流伺服电动机面临被淘汰 的危机。9 0 年代以后，世界上已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制 的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展f 1 新月异。永磁 交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： ( 1 ) 无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 ( 2 ) 定子绕组散热比较方便。 ( 3 ) 惯量小，易于提高系统的快速性。 ( 4 ) 适应于高速大力矩工作状态。 ( 5 ) 同功率下有较小的体积和重量。 德国m a n n e s m a n n 的r e x r o t h 公司的i n d r a m a t 分部在1 9 7 8 年汉诺威贸易 博览会上正式推出m a c 永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着这种新一代 交流伺服技术进入实用化阶段。到2 0 世纪8 0 年代中后期，各公司都已有完整的 系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、 可靠性、抗干扰、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求， 近年来随着微处理器、新型数字信号处理器的应用，出现了数字控制系统，控制 部分可完全由软件进行。 到目前为止，高性能的伺服系统大多采用永磁同步交流伺服电动机，控制驱 动器大都采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门 子、美国科尔摩根和日本松下及安川等。 2 1 2 交流n , q t 电动机的原理及传动特点 交流伺服电动机分为同步和异步电机，当前的运动控制中一般都用同步电 机，它的功率范围大。大惯量，最高转速低，且随着功率增大而快速降低。因而 适合低速平稳运行的应用。交流伺服电动机定子的构造与电容分相式单相异步电 动机基本上类似，如图2 1 所示。其定子上装有两个位置互差9 0 0 的绕组，一个 是励磁绕组r f , 它始终连接在交流电压u f 上；另一个是控制绕组l ，连接控制 信号电压u c 。所以交流伺服电动机也称两个伺服电动机。 第二章电脑横机的主要控制机件及其控制特点 交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调 速范围和线性的机械特性，并具有无“自转”现象和快速响应的性能，与普通电动 机相比，它应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结 构有两种形式：一种是用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子， 为减小转子的转动惯量，转子做得细且长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形 转子，杯壁很薄，仅0 2 0 3 m m ，为减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置 固定的内定子，如图2 2 所示。空心杯形转子的转动惯量小，反应迅速，而且运 转平稳，因此被广泛采用。 c 图2 1 交流伺服电动机原理图 图2 2 空心杯形转子伺服电动机结构 1 杯形转子2 - 夕h 定子3 内定子4 机壳5 端盖 天津f t 业大学硕士论文 交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有由励磁绕组产生的脉动磁 场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生旋转磁场，转子沿旋转磁场 方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随着控制电压的大小而变化，当 控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。 2 2 伺服电动机在电脑横机上的应用 2 2 1 伺服电动机在编织机构上的应用 横机靠机头的左右往复运动使织针上下运动，导纱器也由机头带动，进行垫 纱，与织针配合实现编织成圈。因此，机头的运动是横机的主要动作，决定了电 脑横机的编织速度，影响了电脑横机的生产效犁儿j 。 机头运行轨道上的特殊位置点主要有四个：位于轨道两端的两个零位置点， 其中左端的零位置点也是机头的起始位置点，零位置点到针槽间的距离即为安全 折返距离；针床上带有针槽可供编织的区域称为编织区( 如图2 3 所示) 。机头 前下方安装的磁传感器能够侦测这些特殊位置点。当机头运行到这些位置时，控 制系统就会收到传感器发出的同步信号。当控制系统收到零位置点信号时，它将 向伺服电机发出控制命令，使机头停止运动。如果控制系统未能在机头到达零位 置时控制伺服电机停转，轨道的远端还有两个微动开关，可切断伺服电机的电源。 如果以上装置均未能使机头停止运动就只有依靠机械装置来阻挡机头前进了p 2 3 3 1 。 叮l i q 7 = ，【- - 土l ul 一厂i li _ l i i l 零位置 l 零位置 图2 3 机头运行区间 当机头从零位置点启动，还未进入编织区时，控制系统将进行本行编织数据 的计算及控制命令的发送。此时控制系统发送的信号主要有以下几种刀：选针器 控制信号、三角控制信号、导纱磁铁控制信号、伺服电机转速控制信号、度目电 第二章电脑横机的主要控制机件及其控制特点 机控制信号、罗拉速度控制信号等。当机头进入编织区时，控制系统发送的信号 主要包括：三角磁铁的动作信号、导纱磁铁的动作信号、机头速度调节信号、摇 床横移动作信号等。 横机的织针脉冲信号是由安装在机头位置的两个计数传感器产生的。在针床 前端安装有一根尺条，尺条上的每一条齿对应针床上1 _ 2 根织针的距离，具体 对应关系由机器型号决定。机头上的两个磁感应传感器通过计数尺条上的齿痕来 计算出机头的当前位置，并通过两个磁感应传感器计数脉冲的相位差来判断机头 行进的方向。 目前国内电脑横机行业里单( 双) 系统都是配置两套交流伺服，主伺服用于 机头驱动系统，摇床伺服用于针床移位系统。举例介绍下电脑横机机头驱动系统 中e s t u n 交流伺服电机的选用型号和参数设置【3 4 】： 1 电脑横机工作时是通过主伺服电机拖动横机机头做往复运动实行编织。 机头采用伺服电机和同步齿形带驱动，可以自动调节行程。一般伺服电机到机头 有两级减速传动，高低速运行时要求伺服电机机头平稳，无抖动和振动噪音，机 头换向也就是伺服电机在正反转交替时要平滑无明显打顿、强烈抖动现象。 2 一般机头在高速运行到1 2 m s 时，伺服电机转速为7 2 5 r m i n 左右，负载 保持4 5 左右，两头换向时负载变化到6 0 8 0 之问，正常机头运行速度在 o 7 5 m s 1 m s 之间，负载变化在2 8 5 0 之间，伺服电机速度在4 2 5 5 5 0 r m i n 之间。 2 2 2 伺服电动机在传动机构上的应用 对于电脑横机来说，由于针床较长，机头动程较大，且传动平稳性要求较高， 因而必须采用专门的传动机构。 电脑横机传动方式是由交流伺服电机控制的齿形皮带轮往复运动传动。这种 传动系统的特点是： ( 1 ) 采用齿形平皮带传动能确保运动传递的精度，消除了一般平皮带打滑、 传动比不准的特点，又具有减少传动时的振动，消除噪音，使机头运动平稳的优 点。 ( 2 ) 通过控制交流伺服电动机的转速、转角和转向，可实现机头在全程范 围内任意幅宽的往复运动和变速编织，保证机器实现较高效率的全成形编织。 ( 3 ) 此平稳的运动，使固接在前机头上的读针传感器装置能精确地记录读 针齿条的数值，进而确保了机头运行的准确位置。 ( 4 ) 由步进电动机进行密度和移床传动，可确保密度调节和移床