（紡織工程專業(yè)論文）多引緯機織產品的設計及其CAD系統開發(fā)[紡織工程專業(yè)優(yōu)秀論文].pdf

摘要 摘要 多層機織物作為紡織復合材料的增強體有著廣泛的發(fā)展前途 特別是在軍工 航空 等產業(yè)用紡織品領域應用廣泛 多層機織物在結構上通?？煞譃槎鄬盈B合整體聯接結構 和空芯間隔結構 現在的研究實驗及生產表明 為符合織造的合理性和穩(wěn)定性 提高產 品質量以及生產效率 滿足產業(yè)化的要求 無論是上述哪種結構 都更傾向于采用多引 緯織造 但在多引緯多層機織物生產中遇到的首要問題是織物組織的表示和紋板圖的設 計 本課題針對其組織的結構及織造特點 在對單引緯多層機織物組織的表示及設計方 法進行深入研究的基礎上 繼承了經紗開口運動記錄法的設計理念 提出了全新的多引 緯經紗位置圖的概念及其組織表示及設計方法 在多引緯機織物組織新的設計方法的理論基礎上 本課題建立了多層機織物組織的 經紗位置數碼表示體系 由經紗位置圖中每根經紗相對于各引緯器的運動位置關系 即 由每根經紗的經紗位置數碼 可以得出多層機織物組織的經紗位置數碼矩陣 并建立了 經紗位置圖 穿綜圖和紋板圖的數學模型 且依據經紗位置圖 穿綜圖和紋板圖三者之 間的數學模型關系得出穿綜圖矩陣和紋板圖矩陣 同時得到表組織矩陣 使組織表達更 完善 本課題根據多引緯機織物組織的設計方法和上機圖的數學模型 用計算機編程實現 了其理論的計算機化 研發(fā)了多引緯機織物組織c a d 系統 它具有多功能性 系統結 構合理 實用性強及界面友好 操作簡單等特點 文中對它的結構 功能 使用流程等 進行了闡述 關鍵詞 多層機織物 多引緯 上機圖 經紗位置圖 數學模型 c a d a b s t r a c t a sr e i n f o r c e m e n ti nt e x t i l ec o m p o s i t e s m u l t i l a y e rw o v e n f a b r i c sh a v eb r i g h td e v e l o p i n g r o o m e s p e c i a l l yi n i n d u s t r i a lt e x t i l e sf i e l ds u c ha sm i l i t a r yi n d u s t r y a v i a t i o na n ds oo n a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r e t h e ya t eu s u a l l yd i v i d e di n t o t w ok i n d s o n ei s m u l t i l a y e r i n t e r f o l d i n ga n db i n d i n gw h o l l ys t r u c t u r e t h e o t h e ri ss p a c es t r u c t u r e p r e s e n tr e s e a r c h e x p e r i m e n ta n dp r o d u c i n gs h o wt w ok i n d s o ft h e ma r ea l li n c l i n e dt ob ew o v e nw i t h m u l t i p i c k i n gb e c a u s eo ft h er a t i o n a l i t ya n ds t a b i l i t yw o v e n i m p r o v i n gp r o d u c tq u a l i t ya n d p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y a n dm e e t i n gt h er e q u i r e m e n to fi n d u s t r i a l i z a t i o n b u tt h ef i r s tp r o b l e m d u f f n gt h ep r o c e s so fp r o d u c t i o ni st h ew e a v ee x p r e s s i o na n dt h ed e s i g no ft h ec h a i nd r a f t a i m i n ga tt h et r a i to fw e a v ea n ds t r u c t u r eo f t h em u l t i l a y e rw e a v ew o v e nw i t hm u l t i p i c k i n g a f t e rr e s e a r c h i n go nt h ew e a v ee x p r e s s i o na n dd e s i g nm e t h o do fm u l t i l a y e rw e a v ew o v e n w i t hs i n g l e p i c k i n g t h ed e f i n i t i o no fw a r pp o s i t i o nd r a f t w e a v ee x p r e s s i o na n dd e s i g n m e t h o da r ea l lp u tf o r w a r di nt h i sp a p e r b a s i n go ni n h e r i t i n gt h ed e s i g ni d e ao fw a r ps h e d d i n g d r a f t o nt h et h e o r yb a s eo fn e wd e s i g nm e t h o do fm u l t i l a y e rw e a v e t h i sp a p e rs e tu pt h e e x p r e s s i n gs y s t e mo fm u l t i 1 a y e rw e a v e sw a r pp o s i t i o nn u m b e r b yt h ep o s i t i o nc o n n e c t i o n b e t w e e ne a c hw a r py a ma n de a c hw e f tc a r r i e r t h a ti st h ew a r pp o s i t i o nn u m b e r o fe a c hw a r p v a m i tc a ng a i nw a r pp o s i t i o nm a t r i x t h e nt h i sp a p e r s e tu p w a r pp o s i t i o nd r a f tm a t h e m a t i c m o d e l h a m e s sd r a rm a t h e m a t i cm o d e la n dc h a i nd r a f tm a t h e m a t i cm o d e l a c c o r d i n gt ot h e c o n n e c t i o n 鋤o n gt h et h r e em a t h e m a t i cm o d e l s i tc a i le d u c eh a r n e s sd r a f tm a t r i xa n d c h a i n d r a rm a t r i x i no r d e rt oc o m p l e t et h ew e a v ee x p r e s s i o n t h es u p e r f i c i a lw e a v em a t r i xi sa l s o e d u c e d b a s i so nt l l ed e s i g nm e t h o do fm u l t i 1 a y e rw e a v ew i t hm u l t i p i c k i n ga n dt h em a t h e m a t i c m o d e lo fd r a f t i n ga r r a n g e m e n t m u l t i l a y e rw e a v ew i t hm u l t i p i c k i n gc a ds y s t e mh a sb e e n d e v e l o p e dt h r o u g hr e a l i z i n gc o m p u t e ro ft h e o r yu s i n gc o m p u t e rp r o g r a m t h i ss y s t e mh a s m a n vc h a 屺t e r i s t i c s u c ha sv e r s a t i l i t y r a t i o n a ls y s t e ms t r u c t u r e s 仃o n gp r a c t i c a la p p l i c a b i l i t y 氳e n d l yi n t e r f a c e e a s yo p e r a t i o na n d s oo n t h es t r u c t u r e f u n c t i o na n du s i n gp r o c e s so ft h i s s y s t e ma r ed e p i c t e di nd e t a i l k e y w o r d s m u l t i 1 a y e rw o v e nf a b r i c m u l t i p i c k i n g d r a f t i n ga r r a n g e m e n t w a r p p o s i t i o n d r a f t m a t h e m a t i cm o d e l c a d l i 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取 得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標注和致謝的地方外 論文 中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含本人為獲得江南 大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料 與我一同工作的同志 對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意 簽名 關于論文使用授權的說明 本學位論文作者完全了解江南大學有關保留 使用學位論文的規(guī)定 江南大學有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤 允 許論文被查閱和借閱 可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫 進行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復制手段保存 匯編學位論文 并且本人電子文檔的內容和紙質論文的內容相一致 保密的學位論文在解密后也遵守此規(guī)定 簽名 塞壘壟塑笠 笸 絲 導師簽名 l 警g 之 日 期 坦盥 皇笸 塑 一 第一章緒論 第一章緒論 1 1 課題的立題依據及意義 1 1 1 多層機織物的應用 多層機織物是利用若干系統的經紗和若干系統的緯紗所構成兩層或兩層以上 層與層之間按一 定方法接結在一起的機織物f l l 多層機織物由于它結構的整體性 在厚度方向的拉力和與厚度方向垂直的剪切力作用下 具有 極佳的層間剪切強度 極好的抗沖擊損傷性 適宜的韌性和較高的機械強度 將發(fā)生斷裂的可能性 降低到最小程度 并且隨著特種纖維生產技術的進步和紡織加工技術的進 步拓劇2 巧l 使其作為紡 織復合材料的增強體有著廣泛的發(fā)展前途 特別是在軍工 航空等產業(yè)用紡織品領域應用廣泛 另外 隨著人們生活水平的提高 對面料的要求也日趨多樣化 多層機織物在服用及裝飾用織 物上也有開發(fā)應用的趨勢 例如 裝飾用紡織品中的汽車內飾起絨織物 地毯類織物 6 以及在毛紡 領域出現的雙層底布拷花昵織物及三層組織花呢1 7 等 它利用不同層之間的組織 顏色 成分和松 緊結構的差別 再加上嵌線勾勒 使織物呈現新穎 獨特的外觀效果 在造紙毛毯中的基布開始采用 三層 四層機織物等 8 1 1 2 織物組織設計方法 為表述清晰 我們定義 在織機的開口時期 多層經紗離開綜平位置 上下分開 形成多層梭 口 且同時引入多根緯紗 稱為多引緯 若形成多層梭口 且逐次引入緯紗或形成單層梭口 單梭 口或多梭口 同時或逐次引入多根緯紗 都稱為單引緯 傳統的機織工藝設計方法就簡單織物組織而言 例如平紋 斜紋等單層織物組織 可以清晰地 表示綜框的運動 但對于多層復雜織物組織 表示將非常復雜 而且缺乏直觀性 9 1 經紗開口運動記錄法 l0 可根據剖面圖 簡單直觀地繪制出多層織物的上機圖 但它只是針對單 引緯而言的 引緯路線圖法 l l 通過確定緯紗依次進入經紗層的路線以及引緯路線對經紗運動及相應綜框運動 的要求 可確定多層機織物組織的上機圖 但它局限于穿綜采用順穿法 且同樣只是針對單引緯而 k 口 而多層復雜整體機織物為織造的合理性和穩(wěn)定性 為提高產品質量以及生產效率 滿足產業(yè)化 的要求 更傾向采用多引緯織造 例如 產業(yè)用紡織品中的夾芯結構類織物 為了能有效提高織物 的抗壓抗彎等力學性能 且在結構上增加織物的間隔高度 采用了力學性能更為優(yōu)異的加強筋代替 紗線 原來間隔之間的填充物 為滿足力學性能的特殊要求 加強筋的材質大多為剛性 因此單引 緯的織造技術已不能滿足織造的要求 考慮到織造的合理性 只能采用多引緯織造技術 由此可見 對于新型結構的產業(yè)用紡織品的開發(fā) 多引緯織造技術起到了重要的作用 又如各種近形結構預制 件 若采用單引緯織造 各層經紗在織造過程中上下交替嚴重 經紗張力大 經紗與經紗之間以及 經紗與緯紗之間的摩擦也大大增加 但若采用多引緯織造 可設計將各層經紗的上下交替范圍減小 從而增加了織造的穩(wěn)定性 另外 裝飾用紡織品中的汽車內飾起絨織物 真絲立絨地毯及各類起絨 地毯以及服用領域的許多多層織物 為提高產品質量和生產效率 也傾向于采用多引緯織造技術 然而 在工藝方面 現在國內還沒有針對多引緯織造多層機織物的任何數學模型 而且 要建 l 江南大學碩士學位論文 立多引緯織造技術的數學模型 需考慮的因素不像單引緯織造技術的數學模型那么單一 它除了常 規(guī)的組織參數和穿綜法的確定 還需涉及不同的開口機構 多眼綜絲的運用 高低綜框的運用以及 多劍桿機器特有的多動程等 由此可見 多引緯織造技術的數學模型的建立還是有一定的難度的 雖然難度不小 但隨著多層機織物的發(fā)展應用 特別是在產業(yè)用紡織品領域的發(fā)展應用 多引 緯的織造技術數學模型的開發(fā)勢在必行 因此 對多引緯織造多層機織物的組織工藝表示進行研究 并建立數學模型應該是非常有價值的 1 1 3 紡織c a d 技術 隨著現代科學技術的不斷發(fā)展 計算機的應用幾乎進入到一切領域 從生產設計到生產過程控 制幾乎都應用了計算機 計算機具有運算速度快 信息儲存量大 記憶能力強 計算可靠性高 能 快速反應與顯示圖形 圖像等諸多特點 利用人機交互的手段進行設計 可充分發(fā)揮人和計算機兩 方面的優(yōu)點 使設計質量和效率大大提高 c a d 是指利用計算機的計算和判斷功能進行各種工程或 產品的設計 制造 是工程技術人員和計算機協同工作 彼此發(fā)揮各自長處的專門技術l l2 1 紡織c a d 系統的應用早在7 0 年代早期就由h e a r l e k o n o p a s e k 和n e w t o n 所提出 現在紡織c a d 技術已經成 為人們生產過程中不可或缺的一部分 目前紡織c a d 一般功能 l3 j 為 1 紗線的計算機仿真 包括普通紗線 混色紗線及花式紗線的仿真 可調整組成紗線的纖維的 色彩及混紡比 紗線的股數及捻度 紗線本身顏色及紗號等 紗線的模擬還可按要求模擬一定程度 的毛羽 并可將模擬的紗線隨機嵌入到一定織物結構的經緯紗圖像上 模擬該種紗形成的織物外觀 2 機織物組織的設計 包括絕大部分織物組織的計算機設計 如基礎組織 變化組織 聯合組 織 復雜組織等 織物組織的設計還可與紗線的配色功能相結合設計色織物或配色模紋織物 并通 過計算機設計與之相關的紋鏈編制 組織設計的手段可以是類似于徒手畫的交互方式或輸入參數由 計算機自動生成方式 組織設計中還可模擬嵌入上述已設計好的特殊紗線后的織物效果 可通過輸 入的組織圖的關系矩陣分析織物組織并可繪制織物結構圖形 如經緯交叉圖 立體圖 經緯剖面圖 可根據織物組織圖生成穿綜圖 紋板圖及穿筘方案或根據穿綜圖 紋板圖生成組織圖 最后還可對 紗線 組織 織物結構均配置好的布面外觀進行整體模擬 除此之外 還可進行大提花花型設計 用戶可直接對現有花型進行編輯 并將不同織物組織與之嵌套 模擬不同效果 并得出相應工藝參 數 3 針織物組織及花型設計 包括提花花型設計與結構花型設計 豐富的色板和工具 各式色紗 及不同形狀尺寸的畫筆 使其具有強大的繪圖功能 花型可通過符號 顏色或圖符三種方式繪制及 顯示 且通常在窗口中都會顯示出所有各種圖型提花圖案 供設計者選擇 而且多帶有絞花 挑孔 凸條等多種基本花型結構庫 供用戶調用 嵌套 模擬其在針織成衣上的外觀效果 4 紡織品印花圖案設計 素織物在設計好組織后 有的要通過印染配上花樣圖案 花樣圖案的 設計也可通過計算機實現 該類計算機軟件一般提供三種功能 徒手畫功能 提供一定的環(huán)境 包 括一系列工具按鈕 如畫筆 線型 顏色等 以及工具菜單 如復制 剪切 粘貼 翻轉 旋轉 放大 縮小等 由設計師任意創(chuàng)作 還有一種功能是系統提供一些基本幾何圖形及基本花型 由用 戶用工具進行組合形成花樣圖案 另有一種功能是通過掃描儀輸入花型圖案 用戶在屏幕上可進行 顏色花型等的修改 另外 還可通過計算機實現分色配色功能 5 服裝計算機輔助設計 包括二維服裝設計與三維服裝設計 該技術功能已覆蓋了服裝設計的 2 第一章緒論 所有部分 即款式設計 結構設計和工藝設計 其中已產品化的系統有款式設計 樣片設計 放碼 排料等 同時還有自動量體系統和試衣系統等 在款式設計中 二維服裝款式設計功能包括通過選 擇系統提供的各類工具繪制時裝畫 款式圖 效果圖 或調用款式庫內的式樣進行修改生成所需圖 樣 調用庫存的花型圖案實時生成新花型覆蓋到指定的圖形區(qū)域內及調用圖形庫存的部件并對其修 改 或實時生成新的零部件使相關的零部件形態(tài) 數量吻合 完成部件裝配 三維服裝款式設計功 能則往往指通過人體特征尺寸的輸入 生成人體模型 然后根據服裝設計要求生成服裝模型 展現 服裝 穿著 在人體上的效果 可能因為多層3 d 機織物組織的自動產生和演示比較困難 雖然經過幾十年的發(fā)展 大多數的 機織物的c a d c a m 系統都是基于傳統的設計方法 用于設計開發(fā)單層機織物 最多不超過三層 沒有實質性地涉及多層機織物 目前 當需要一種多層織物時 都是通過手工設計的 這種設計包 括組織的結合和結接方法的說明 由于多層織物確實是一種3 d 對象 因此要求設計者具有高度的 注意力和豐富的想象力 當一個復雜結構被選中時 對于需要產生組織圖的工程人員來說可能是一 個更糟糕的噩夢 1 4 1 1 1 4 課題的目的及意義 基于現今多層織物在高科技織物領域中的廣泛應用 并且現代織機都裝配了計算機設備 如能 在解決在平面織機上織制多層織物并達到一定厚度要求 使其替代縫編工藝用于提高復合材料的層 間粘接強度的同時 采用多引緯織造技術 并建立一套可以應用在c a d c a m 系統中的自動生成和顯 示多引緯織造多層織物組織結構的c a d 系統 不僅可以減少加工成本 提高生產效率 而且可以改 善材料的力學性能 紡織行業(yè)為勞動密集型產業(yè) 在我國仍占有相當重要的地位 也已有一定的基礎 復合材料作 為一種新興的產業(yè) 其發(fā)展是不可限量的 如果能在傳統平面織機上大規(guī)模生產某些多層機織物 并采用多引緯織造技術 提高織造穩(wěn)定性和生產效率 同時開發(fā)合適的c a d c a m 系統 實現產業(yè)化 生產可替代傳統材料 如造船業(yè)上目前廣泛使用的玻璃纖維 環(huán)氧層合板 的多層機織物 那么其市場 前景是非常廣闊的 用傳統的織機 或稍加以改進 生產各種多層機織物復合材料預制件是傳統紡織技術的拓展 多 引緯織造技術對于新型織物結構的開發(fā)起到重要的作用 它使復合材料與紡織工業(yè)密切相關 為紡 織行業(yè)開辟了新加工領域 也為生產低成本 高質量 多品種復合材料提供了一條有效的途徑 1 4 1 發(fā)達國家都非常重視這一方面的發(fā)展 其開發(fā)和應用現狀標志著一個國家的科技水平和軍事實力 在我國也不例外 多層機織物及其復合材料的c a d 技術研究己成為眾多學者普遍關注的課題之一 研究它具有較好的現實意義 而針對多引緯織造多層機織物的設計及c a d 的開發(fā)就具有一定的難度 和創(chuàng)新意義 1 2 國內外研究現狀及趨勢 1 2 1 國內研究現狀及趨勢 我國在上世紀7 0 年代中期就開始對多層及三維復雜機織物的性能 結構及織造設備進行研究 三維機織復合材料具有較高的抗分層 防彈 抗沖擊性能 較高的抗拉伸破壞性制 以6 1 較好的抗 層間破壞性能 國內三維機織物的結構形式有限 主要是正交結構 準正交結構和角聯鎖結構 都 3 江南大學碩士學位論文 是以平紋作為基礎組織的 三維機織復合材料預制件的結構有傳統的夾芯結構 間隔結構 3 d 空芯 整體結構以及近形結構 它可在專門織機上織造 但一般見于專利或已開發(fā)成功的專門設備 國內 研究成功的較少 還有相當一部分結構較為簡單的3 d 機織物可在普通二維織機上生產1 1 但是結構 較為復雜 尤以多引緯技術織造的立體織物尚未見報道 隨著新材料的快速發(fā)展 對作為復合材料用預制件的立體結構織物的要求越來越高 除了要求 高性能以外 還要求簡化制造工藝 降低復合材料的生產成本等 國內就立體織物及其織造技術的研 究和應用也越來越多 例如浙江理工大學 天津紡院 蘇州大學和南京玻璃纖維研究所等 但還需 要作更多的努力來滿足高性能復合材料的要求 我國的機織物c a d 系統研究起步較晚 上世紀8 0 年代初 一些高校和科研機構陸續(xù)開展了機織 物c a d 系統的研究 隨后不斷擴大 并且推出了一系列可以用于指導工廠實際生產的c a d 系統 比如 用于小提花設計的c a d 系統有 中國紡織科學院先后開發(fā)的i d 3 1 0 0 系列 3 8 6 系列 仿真系列 高級 織物仿真四代共八個版本的織物c a d 系統軟件 浙江絲綢工學院開發(fā)的z i s 織物c a d 系統 杭州 宏華電腦技術有限公司開發(fā)的g g s 系統等 用于大提花設計的c a d 系統有 淄博寶鈴紡織機電技術 公司開發(fā)的寶鈴系統 浙江大學研制的 i w p c c s 系統 香港天虹電腦機械公司開發(fā)的r b l u 系列等 香港富怡電腦系統公司開發(fā)的p r i m a r i c h p e a c e 系統 既可用于小提花的設計 也可用于大提花的 設計i l 引 另外 還有上海毛麻紡織科研所與上海十一毛聯合開發(fā)的c a d 系統 天津紡織研究所的c a d 系統 北京和西安的兩家色織廠自己開發(fā)的織物組織c a d 系統 江南大學經編研究中心開發(fā)的c a d 系統等等 從我國研發(fā)的c a d 系統可以看出 我國紡織c a d 的研究與應用主要在這幾個方面 1 紗線的計 算機仿真 2 機織物組織設計及計算機仿真 3 針織物組織及花型設計 4 紡織品印花 繡花圖 案設計 5 服裝計算機輔助設計 6 制絲輔助設計 坦 幾乎每種紡織c a d 都包含了織物上機圖的 設計 但在多層織物方面研究很少 最多只研究到雙層中的重經重緯上機圖的設計 而且都是采用 傳統的設計方法 只是涉及單引緯織造 浙江理工大學通過對多層機織物的準正交結構和角連鎖結構進行分析 博1 9 研發(fā)了相應的c a d 軟件 能夠實現縱向變截面立體結構 橫向變截面立體結構 縱橫向組合式立體結構的設計 但存 在一些問題如 只是針對準正交結構和角聯鎖結構 組織表示采用的是剖面圖 有重疊現象等 江 南大學復合材料研究室研發(fā)的c a d 系統采用經紗開口運動圖 l o 的表示方法 解決了經紗重疊的問題 但這兩種c a d 系統都只是涉及單引緯織造 開發(fā)多引緯織造的c a d 系統已成為一種趨勢 1 2 2 國外研究現狀及趨勢 隨著特種纖維生產技術的進步和紡織加工技術的進一步拓展 三維織物復合材料日益顯示出其 巨大的應用潛力 其整體化的纖維增強構件賦予材料極佳的層間剪切強度 極好的抗沖擊損傷性 適宜的韌性和較高的比強度和比模量 而多層機織物的紗線屈曲程度一般較小甚至無屈曲 可望使 最終制品的剛度較高 并且機織的方法生產效率高 可機械化連續(xù)生產 適合織制結構規(guī)律變化的 三維織物 目前多層機織物復合材料占有一定的比重 正由于多層機織物具有較大的應用價值 2 咐2 1 國外對多層機織物進行了大量的研究 2 3 2 6 如多層機織物的拉伸性能 抗疲勞性能 強度等性能 目前三維正交機織物制造技術及其復合材料方面研究較典型的是美國 如3 t e x 公司 澳大利亞 如 d e f e n c es c i e n c e a n dt e c h n o l o g yo r g a n i s a t i o n a e r o n a u t i c a la n dm a r i t i m er e s e a r c hl a b o r a t o r y 4 第一章緒論 c o o p e r a t i v er e s e a r c hc e n t r ef o ra d v a n c e dc o m p o s i t es t r u c t u r e sl t d 英國和日本等國家 荷蘭 p a r a b e a mb v 公司 則在三維夾芯結構機織物制造技術及其復合材料方面有獨特之處 而對于立 體幾何形狀機織物結構及3 d 機織技術 世界上發(fā)達國家都有很多的研究并取得了較大的進展 如 美國 a l b a n yi n t e r n a t i o n a lt e c h n i w e a v e i n c 公司 德國 s h a p e3 i n n o v a t i v et e x t i l t e c h n i kg m b h 和英國等國 國外針對織物組織c a d 技術的研究 最早開始于2 0 世紀6 0 年代 到上世紀7 0 年代 c a d 技 術在紡織行業(yè)的應用才真正進入實用階段 目前國內應用較多的系統主要有 n e d g r a p h i c s 公司開 發(fā)的機織物c a d c a m 系統 既可用于大提花 也可用于小提花織物的設計 i n f od e s i g n 公司開發(fā)的 機織物 印花c a d c a m 系統提供了與多種織機相連的接口程序 可以直接用于織造 蘇格蘭紡織 學院開發(fā)的s c o t w e a v e 系統也同時提供了小提花設計和大提花設計的功能 另外國內比較常見的系 統還有美國的p g m 系統 g g t 系統 法國的l e c t r a 系統 韓國的y o u n gw o o 系統 德國 的e a t 系統等 這些系統一般都應用于小提花織物的設計中 用于大提花設計的系統常見的有 美 國j a c q c a dm a s t e r 系統 比利時的s o p h i s 系統以及日本的t l s 系統等 除此之外 國外的c a d 系統還有 s k y s t o r k c i s j a c 系列e a s y t e x 等等 這些系統在國內的應用較少 但這些c a d 系統大多數是針對單層機織物開發(fā)的 最多只是到雙層機織物組織 而且一般都是采用傳統的設計 方法 只是涉及單引緯織造 為裝飾及服用紡織品設計服務 涉及產業(yè)用的三維復雜紡織品的c a d 系統很少 美國 德國和英國等國家不僅研制并裝備有相應的織造先進設備 而且已有多家開發(fā)研制了各 自的c a d 系統以用于復雜形狀三維立體機織物的制造和性能分析等 英國工程復合材料研究中心已 研發(fā)針對三維織物的x s 設計系統1 2 刀 但該系統是采用剖面圖進行組織設計 易出現重疊現象 且只 是涉及單引緯織造 在與雙劍桿織機配套的軟件系統中有雙引緯織造的c a d 系統 例如v a nd ew i e l e 公司的雙 劍桿織機就有配套的c a d 系統 這種c a d 系統專一性很強 只適用于雙層提花起絨起圈織物 為 此 開發(fā)普遍適用的多引緯織造多層機織物的c a d 系統成為需要 1 3 本課題主要研究內容 本課題的主要研究內容為 1 提出多引緯機織物組織的設計新方法 除了確實可行以外 還需具有形象直觀 簡單完整 和動態(tài)連貫等特點 其中包括經紗位置圖 穿綜圖 紋板圖和表組織圖的設計 2 建立多引緯機織物組織的數學模型 分別建立多引緯機織物組織的經紗位置圖矩陣 穿綜 圖矩陣 紋板圖矩陣和表組織矩陣的表示體系及數學模型關系 3 開發(fā)多引緯機織物組織上機圖c a d 軟件 選擇v i s u a lb a s i c6 0 作為編程語言 構思多引 緯機織物組織c a d 系統結構 完成數據庫和多引緯機織物組織設計等模塊的編程 系統調試 5 第二章多引緯機織組織設計方法 第二章多引緯機織組織設計方法 多層機織物作為紡織復合材料的增強體有著廣泛的發(fā)展前途 并且由于其特殊的組織結構以及 產業(yè)化時提高生產效率的要求 更傾向采用雙引緯及多引緯織造 但在多層機織物生產中遇到的首 要問題是織物組織的表示和紋板圖的設計 本課題繼承了經紗開口運動記錄法的設計理念 1 0 1 并在 此基礎上 提出了經紗位置圖的概念 2 1 使用多眼綜絲的工藝設計方法 為實現多引緯織造的要求 可采用多眼綜絲 2 8 j 或綜平位置不在同 水平高度的綜框 配合使用 凸輪開口機構 只是需與多臂或提花開口機構相結合 這是織造準正交織物 1 8 的理想設備 為了突 出多引緯織造設計方法的特點 更好地說明其原理 下面以圖2 1 所示的準正交結構的織物為例 且該織物采用雙眼綜絲及凸輪和多臂開口機構結合的設備織造 上層經紗1 和2 與上層緯紗l 2 3 4 5 6 7 8 交織形成織物的上表面層 下層經紗i 和i i 與下層緯紗i v 交織形成織物的下表面層 接結經a 和b 將上下兩層連接起來形成整體間隔織物 1a2ibi i 圖2 1 整體間隔機織物的縱向截面圖 f i g 2 1l o n g i t u d i n a lc u t a w a yv i e wf o rs p a c ew o v e n 2 1 1 經紗位置圖 2 1 1 1 經紗位置圖原理 單引緯的設計方法只需考慮綜框及綜絲的兩個運動狀態(tài) 即經紗的上下兩個運動位置 而雙引 緯織造時 經紗存在三個運動位置 兩緯紗之上 兩緯紗之間 兩緯紗之下 更多緯紗同時引緯時 經紗的運動位置就更多 通常 經紗運動位置數p 與機器的一次引緯的同時引緯數 成如下關系 p n i 因此 雙引緯及多引緯設計方法的關鍵是確定每次引緯時經紗相對于各緯紗的運動位置 織物的縱向截面不僅反映經紗的開口運動狀態(tài) 保存了機織物最主要的織造信息 也表示了經 紗相對于緯紗的運動位置 因此 經紗的運動位置可通過分析織物的縱向截面確定 而織物的縱向 截面圖是織物中所有經紗重合在一起的綜合表示 不能清楚地反映每根經紗的開口運動狀態(tài) 為了 更好地表示織物結構和機器織造過程 需分別繪制各根經紗在縱向截面圖中的開口運動狀態(tài) 從而 清晰地表示出每根經紗相對于緯紗的運動位置 得到經紗位置圖 7 江南大學碩士學位論文 2 1 1 2 經紗位置圖的意匠紙 經紗位置圖表達的是每次引緯時 經紗相對于各緯紗的運動位置 其中也保存著經紗開口運動 信息 考慮到各緯紗的相對位置 意匠紙中的黑點表示各緯紗 圖2 2 a 所示的意匠紙用來繪制 雙引緯織造的機織物 每一橫行表示每次引緯 橫行數即為一個完全組織的引緯次數 橫行點從左 至右分別表示上層緯紗和下層緯紗 每組縱行表示一根經紗的縱向截面 每列黑點表示每個引緯器 所在的平面 雙引緯織造就用平行的兩列黑點表示 如圖2 2 a 所示 左邊一列表示上引緯器所 在平面 右邊一列表示下引緯器所在平面 三引緯織造就用三列黑點表示 更多引緯的意匠紙可依 次類推 2 1 1 3 經紗位置圖的繪制 在設計或分析了織物的縱向截面圖后 就清楚了各根經紗與緯紗的交織關系 據此 可確定每 次引緯時 各根經紗相對于緯紗的運動位置 從而得到如圖2 2 a 所示的經紗位置圖 在圖2 2 a 中 上層經紗1 和2 只與左邊 列黑點 表示上層緯紗 交織 下層經紗i 和1 1 只與右邊一列 黑點 表示下層緯紗 交織 兩接結經a 和b 在左右兩列黑點闖貫穿 在雙引緯的經紗位置圖中 經紗在兩列黑點的左邊表示其在兩緯紗之上 在兩列黑點的中間表 示其在兩緯紗之間 在兩列黑點的右邊表示其在兩緯紗之下 三引緯及更多引緯的經紗位置圖依次 類推 經紗位置圖中的曲線軌跡根據織造時的先后引緯次序由下往上繪制 1 i 2 i i a b a 經紗位置圖 ba 21 ui c 紋板圖 圖2 2 整體間隔機織物的上機工藝圖 f i g 2 2d r a f ti n ga r r a n g e m e n tf o rs p a c ew o v e n 2 1 2 穿綜圖 2 1 2 1 穿綜圖與經紗位置圖的布局 傳統上機圖的布局中 穿綜圖在組織圖的正上方 一個完全組織的經紗總根數對應于穿綜圖的 縱行數 穿綜時若采用順穿法 則穿綜圖的每行每列都只有一個標記符號 現采用雙眼綜絲織造 一根綜絲穿入兩根經紗 為了在穿綜圖中清楚地表達這種上下位置關系 以便上機人員 按圖索驥 f 蚓 需改變穿綜圖與經紗位置圖的布局 如圖2 2 所示 這一布局同樣 適用于全部使用單眼綜絲的多引緯織造的設計 但傳統的布局方式已使用至今 考慮到設計人員的 8 第二章多引緯機織組織設計方法 設計習慣 當織物使用單眼綜絲 且不使用下文提劍的高低綜框時 上機圖的布局仍采用傳統的布 局方式 2 1 2 2 穿綜圖的繪制 準正交織物的各層組織相同 因此可采用多眼綜絲 將運動規(guī)律相同的上下層經紗穿入同一頁 綜框 圖2 2 b 為穿綜圖 每一粗實線橫格表示一頁綜框 中間繪有虛線的橫格表示雙眼綜絲的 綜框 穿綜圖分前后兩區(qū) 前區(qū)穿接結經 采用普通單眼綜絲的綜框 后區(qū)穿上下表面層經紗 采 用雙眼綜絲的綜框 虛線上方為上綜眼 穿上表面層經紗 虛線下方為下綜眼 穿下表面層經紗 多眼綜絲的穿綜圖可依次類推 2 1 2 3 由穿綜圖確定經紗排列次序 多眼綜絲的上下眼位置關系 穿綜圖的經紗分區(qū) 以及穿綜圖與經紗位置圖的布局 這三個因 素決定了經紗位置圖中的經紗排列次序 如圖2 2 a 所示 整體間隔織物的經紗位置圖中 經紗從左到右的順序為 上表面層的一根 經紗1 下表面層與經紗1 運動規(guī)律相同的一根經紗i 上表面層的另一根經紗2 下表面層與經紗 2 運動規(guī)律相同的一根經紗i i 再往右排接結經 總之 先從上往下找出運動規(guī)律相同的一組經紗 在經紗位置圖中按從左往右的次序排列 再找另 組運動規(guī)律相同的經紗 最后排列接結經 多眼 綜絲的經紗排列次序可依次類推 2 1 3 紋板圖 由于采用雙引緯織造 同時投入上下層的兩根緯紗 所以紋板圖的橫行數并不等于一個組織循 環(huán)的緯紗根數 而是等于投緯次數 即為經紗位置圖中的黑點橫行數 紋板圖的縱行數與綜頁數相 對應 如圖2 2 c 所示 繪制紋板圖時 穿入單眼綜絲的經紗由于采用多臂開口機構控制 需考慮其與上下兩引緯器的 位置關系 經紗在上引緯器之上 在圖2 2 a 中 即為在上引緯器所在平面的左邊 用符號 表 示 經紗在上下引緯器之間 用符號囟表示 經紗在下引緯器之下 用符號口表示 穿入雙眼綜絲 的經紗由于采用凸輪開口機構控制 只需考慮與各自所在平面的引緯器的位置關系 在該引緯器之 上 用符號 表示 在該引緯器之下 用符號口表示 如圖2 2 c 所示 2 2 全部使用單眼綜絲的工藝設計方法 角聯鎖織物及更多各層組織結構不相同的復雜織物 不能采用多眼綜絲 需全部使用單眼綜絲 來織造 開口機構一般使用多臂或提花開口機構 準正交織物也可像角聯鎖織物一樣全部使用單眼 綜絲來織造 不管是使用多眼綜絲 還是全部使用單眼綜絲 兩者的設計原理是相同的 組織結構都采用經 紗位置圖來表示 因此 經紗位置圖的繪制方法相同 在此不再贅述 只是穿綜圖和紋板圖的繪制 稍有區(qū)別 下面還是以圖2 1 所示的準正交結構的織物為例來說明 2 2 1 穿綜圖 2 2 1 l 全部使用多臂或提花開口機構的穿綜圖 全部使用單眼綜絲且開口機構為多臂或提花時 其穿綜圖的意匠紙只需將圖2 2 b 中的虛線 改為實線 每一運動規(guī)律不同的經紗穿入不同的綜框 得到如圖2 3 a 所示的穿綜圖 9 江南大學碩士學位論文 bai i2i1 a 多臂或提花開 口機構的穿綜圖 i b 凸輪開口 機構的穿綜圖 圖2 3 全部使用單眼綜絲的穿綜圖 f i g 2 3h a r n e s sd r a f tf o ra 1 1h e d d l e so fs i n g l ee y e 2 2 1 2 使用凸輪開口機構的穿綜圖 全部使用單眼綜絲且采用凸輪開口機構來織造準正交織物時 可有以下兩種技術實現手段 一 是當采用相同綜平高度的綜框調整織機時 對應于織物的高低層 分別使用高低綜眼的綜絲 另一 是當采用相同高度綜眼的綜絲時 對應于織物的高低層 分別將綜框調整成不同綜平高度 但上述 兩種的穿綜圖相同 只需在圖中區(qū)分清楚不同高度的綜框 粗實線的橫格表示綜平位置高的綜框 繪制時只需將原本穿入上綜眼的經紗穿入綜平位置高的綜框 如圖2 3 b 所示 總之 不論有無多眼綜絲 不論采用何種開口機構 穿綜圖的繪制原理相同 都是由經紗位置 圖順時針旋轉9 0 后一一對應繪制得到 2 2 2 紋板圖 紋板圖是由經紗位置圖和穿綜圖映射而來 它反映的是綜框的提綜信息 因此和開口機構密切 相關 多臂和提花開口機構控制的經紗有多個運動位置 需采用多種符號表示 則圖2 3 a 所示 穿綜圖所對應的紋板圖如圖2 4 a 所示 而凸輪開口機構控制的經紗只有上下兩種運動位置 所 以只用兩種符號表示 則圖2 3 b 所示穿綜圖所對應的紋板圖如圖2 4 b 所示 圖圈 bai i2i1bai i2i1 a 多臂或提花開 b 凸輪開口 1 2 機構的紋板圖機構的紋板圖 圖2 4 全部使用單眼綜絲的紋板圖 f i g 2 4c h a i nd r a f tf o ra 1 1h e d d l e so fsi n g l ee y e 2 3 經紗位置圖多引緯設計方法的應用 雙層織物用雙劍桿織造 而更多層的織物就用更多的引緯器同時織造 即層數與同時引緯的劍 l o 第二章多引緯機織組織設計方法 桿數相對應 這應該是理想的狀態(tài) 因為這樣不但能夠高效率織造 而且能簡化復雜機織物的設計 但實際生產中 大多采用雙劍桿織造 上述新設計方法同樣適用于雙劍桿織多層織物 圖2 5 a 為四層角聯鎖織物的縱向截面圖 要繪制出雙劍桿織造該織物的上機工藝圖 關鍵 是要分析清楚每次引緯時各根經紗相對于兩引緯器的運動位置 畫出經紗位置圖 根據新設計方法 的原理 確定第一次引緯為i i i 層的第一根緯紗 第二次引緯為 層的第一根緯紗 第三次 引緯為i i i 層的第二根緯紗 第四次引緯為 i 層的第二根緯紗 依次類推 直到一個組織循 環(huán)結束 然后分析經紗的運動位置 得到如圖2 5 b 所示的經紗位置圖 其穿綜圖和紋板圖可很 容易地對應畫出 在此不再贅述 ih 12 34 56789 1 0 a 縱向截面圖 盧 e 幸e 己i 皇 一 圖2 5 四層角聯鎖織物的縱向截面圖及經紗位置圖 f i g 2 5l o n g i t u d i n a lc u t a w a yv i e wa n dw a r pp o s i t i o nd r a f t i n t e r l o c k i n gs t r u c t u r ew o v e no ff o u rl a y e r s 雙劍桿織造偶數層的多層織物時 可使用此新設計方法繪制上機工藝圖 對于奇數層的多層織 物 若劍桿能在織造過程中有規(guī)律地引入空緯或不引緯 c l 玎 8 3 型地毯劍桿織機的劍桿具有此項功 能例 則可在奇數層的末尾加上一列空緯 然后用偶數層的處理方法來設計奇數層織物的上機工藝 圖 2 4 經紗位置圖多引緯設計方法的特點 本課題首次提出的雙引緯及多引緯的設計新方法具有以下特點 1 直觀性 經紗位置圖既反映出每次引緯時經紗的運動位置 又保存了綜絲的開口運動信息 2 簡易性 傳統的工藝設計對于多層復雜機織物的紋板圖繪制是有一定難度的 而本文介紹 的設計新方法根據經紗位置圖和穿綜圖的映射 可很容易地讀出紋板圖 3 普遍性 雖然織造多層機織物的機構非常多樣 但不管其組織結構簡單還是復雜 偶數層 還是奇數層 此設計新方法均普遍適用 因此 雙引緯及多引緯的設計方法有助于多層復雜機織物的設計和生產 擴大其應用領域 尤 其是向紡織復合材料領域的拓展 第二章經紗位置圖數學模型的建立 第三章經紗位置圖數學模型的建立 上機圖是表示織物上機織造工藝條件的圖解 生產 仿造或創(chuàng)新織物時均須繪制與編制上機圖 多引緯機織組織的上機圖是由經紗位置圖 穿綜圖 紋板圖三部分按照一定的布局排列而成 從本章開始介紹多引緯機織組織上機圖中經紗位置圖 穿綜圖 紋板圖的數學模型以及三者之 間的數學邏輯關系 數學建模是多引緯機織物上機圖c a d 設計的基礎 也是本課題的基礎 將為本 課題的研究提供重要的數學研究手段 3 1 經紗位置圖的數碼表示 為了使計算機能識別和處理各種多引緯機織物組織 可將經紗位置圖轉換成經紗位置數碼矩 陣 每次引緯時 某根經紗相對于各緯紗的運動位置用此根經紗的經紗位置數碼 3 0 j 表示 對于引緯數為l 的機織物 用o 1 2 3 4 一l 2 l 1 l 等數值來表示經紗位置數碼的元 素值 l 表示經紗在第1 引緯器 最上面的引緯器 的上面 l l 表示經紗在第1 引緯器和第2 引緯 器之間 l 一2 表示經紗在第2 引緯器和第3 引緯器之間 l 3 表示經紗在第3 引緯器和第4 引緯器之 間 依此類推 l 表示在第l 1 引緯器和第l 引緯器之間 0 則表示經紗在第l 引緯器 最下面的引 緯器 的下面 由經紗位置圖中每根經紗相對于各引緯器的位置關系 即由每根經紗的經紗位置數碼 可以得 出多引緯機織物組織的經紗位置數碼矩陣 12 34 5 經紗位置圖 llllllol 0 2l2 2 0 ol lloll1l2 0 2l2 2 o ol ll0ll ll 2 2 o 0l0 2l2 lll2llol 2 o 0lo 2l2 6 經紗位置數碼矩陣 圖3 i 一種雙引緯雙層組織的經紗位置圖和經紗位置數碼矩陣 f i g 3 1w a r pp o s i t i o nd r a f ta n dw a