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    本文的中心思想是敘述粗紗機的發展與紡紗工藝之關聯，設計發展紡紗機械唯一的依據是紡紗工藝，目的是成紗質量和生產效率社會效益最大化。
    近來十五年左右特別是近十年，國內外紡織機械發展的速度非常之快，尤其是國內的發展速度更是日新月異，與國外相比多數紡紗機械品種都能站在同一個起跑線上，可喜可賀，但在自動化水平上尚有不小的差距，同行們仍需努力。
  1粗紗機的發展
  粗紗機是棉紡工程中的重要工序機械之一，在環錠紡紗系列中是不可缺少的工序，粗紗機緊隨時代的前進而不斷的更新發展。早期的托錠式機械結構粗紗機發展為懸錠式機械結構粗紗機，其紡紗速度、粗紗卷裝和捻度均有較大的提高，從而造成生產的高效率和粗紗成紗的高質量，有劃時代的意義。總體上講提高生產效率約30％～40％、成紗質量約提高1～2個數量級。九十年代初至今計算機控制的粗紗機的研制生產及使用已基本成熟，能夠大批量的投至紗廠使用，使粗紗機的機電一體化水平有劃時代的進步。
    以下是對兩種機型的略述：
1．1懸錠式機械粗紗機
1．1．1粗紗機四大主運動：
    四大主運動是牽伸運動、錠翼旋轉運動、龍筋升降運動(紗錠升降)筒管旋轉運動(筒管卷繞)。通過錐輪系統、成形機構和總牽伸、捻度、卷繞等6-8種配換齒輪，使這四大主運動完成有限數據量的匹配，紡制粗紗。這有限的數據量對于實際紡紗過程中所發生的諸多環境等變化是不能隨時滿足要求的，這是機械控制的粗紗機力所不及的。
1．1．2關于不一致系數的思考
    目前機械傳動控制的粗紗機不一致系數的設置不近一致，差異較大，有的機型不一致系數等于零，有的為正值，有的為負值，其絕對值均不大于O．5。從實際開機生產中發現不一致系數的選取與其他相關機構的數據有匹配之關聯，比如錐輪曲線、錐輪皮帶的位移量等等。
1．1．3錐輪機構及其錐輪曲線
    錐輪機構是粗紗機上主要部件，是粗紗機四大主運動相互匹配運行的關鍵部件；錐輪曲線的設計是很復雜的，目前粗紗機錐輪曲線各家設計的有較大的不同，有的采用直線錐輪，有的采用正規的曲線錐輪，而我們設計的是采用經過修正后的非正規雙曲線錐輪，這種錐輪最能滿足實際紡紗的需要，但這種滿足也只能是相對其它曲線錐輪而言。真正接近或近似紡紗的實際錐輪曲線，機械結構的錐輪是難以達到的，甚至是不能達到的，其原因是理想的曲線無法在機械錐輪實體上體現，加之錐輪皮帶軸向位移量的精度無法保證。皮帶實體的寬度限制了其自身軸向移動量的精度，另外還有一個致命的無法克服的缺陷就是皮帶的滑移，這種種固定因素造成機械錐輪在傳遞速度上，能粗略的滿足實際紡紗之要求。這里所說的粗略的除了只能實現一些給定部分數據量，尚不包括許多隨時變化因素而造成的數據量，以及至今尚無法準確說明的粗紗紗團的實體，它不是剛體亦不是規則的彈性體，諸多原因促成其是一個無規則的半彈性體，很難用準確的數學式表示。
1．1．4成形機構及其紗團錐體的形成：
    粗紗機的成形機構的設計是非常典型而成功的機構，而且各種機型的成形機構的結構基本一致，無本質上的區別。成形機構通過齒條控制錐輪皮帶起始位置和移動量、通過托架拉桿和換向箱完成下龍筋升降換向及升降動程的變化，完成粗紗團成形。但由于機械控制的數據量有限，所以粗紗團形狀變化范圍有限。
1．2計算機控制的粗紗機
    計算機控制的粗紗機較機械式的粗紗機就其功能和成紗質量及生產效率等均有較大的改善和提高，還有部分功能是機械式粗紗機無法達到的。目前國內外有多種機型，就其使用電機多少而區分有兩電機、三電機、四電機及多電機的計算機控制的粗紗機。從使用、維修、成本及其可靠性來考慮，我認為兩電機和四電機方案的粗紗機較為理想。兩電機結構(實際亦是三電機)較三電機結構相比從運轉精度、可靠性和控制的方便性而言優越許多，四電機結構方案中其優選方案應該是帶有差速箱的為首選，理由有以下各點：一是降低計算機等元器件匹配精度要求；二是消除了大部分各電機的運行誤差；三是提高運行中的可靠性特別是升降換向電機的可靠性；四是降低整機成本(不必采用伺服電機方案)。
1．2．1計算機控制的粗紗機的設計基礎
    計算機控制的粗紗機的設計是機械型粗紗機繼承和發展，特別是機械傳動鏈的全部數據，這些數據是有紡紗機以來所積累結晶出來的，我們只能在此基礎上加以細化和發展，使其更能滿足現代紡紗的實際之需。
    機械式粗紗機核心數學關系式就是牽伸和卷繞兩大運動相匹配的數學關系式，這組數學關系式因為是通過數種配換齒輪和錐輪組合實現的，其數量是有限的，而且是粗略的。但是是可以紡紗的。一旦紡紗達不到要求，尚可通過人工調整方式更換配換齒輪來滿足紡紗的粗略要求。
    在實際紡紗中，因各種因素的影響需要無數個滿足瞬時之需的牽伸和卷繞相匹配的紡紗曲線，這是機械傳動的粗紗機無法實現、無法滿足的。由于有了計算機、變頻器、可編程控制器、旋轉編碼器等一系列的電子電器控制元件的存在，再通過軟件程序的控制，能夠設計出隨時滿足紡紗實際之需的理想的牽伸和卷繞相匹配的曲線。
1．2．2用學習方法實現紡紗所需的理想曲線：
    在最終完成理想紡紗曲線之前，實際運行中有三條曲線在運作。一條是設計曲線(初始線亦可是機械的基礎線)，一條是向理想曲線學習的過渡曲線，一條是最終理想的紡紗曲線。以上三條曲線的形成和三條曲線相互關聯和發展就是計算機控制的粗紗機設計研制軟件程序的核心。  
    初始曲線：以機械傳動為基礎的建立起數學模型的曲線，實際是完全繼承機械傳動的有始以來的全部有益之成果，當然這其中亦有機械傳動自身無法解決的缺陷。
    過渡曲線：過渡曲線是以初始曲線為基礎，運用學習方法，在紡紗過程中對影響紡紗的各種變量不斷地進行修正，使其適應紡紗的要求，最終完成一條理想的紡紗曲線。
    理想曲線：理想曲線即實際紡紗曲線，這條理想曲線是采用計算機學習方法在初始曲線的基礎上通過紡紗過程對其影響紡紗的各種變量進行修正，最終造就一條理想的紡紗曲線，在這條曲線控制下的粗紗機紡制成優質粗紗。
1．2．3 CCD傳感器的設計與應用：
    CCD傳感器既是一個檢測元件又是一個指揮元件。ccD傳感器主要是檢測粗紗實體位置高低，一般說法是粗紗張力的大小即紗線的松緊，檢測精度可達0．1mm。
    粗紗張力的大小，對于成紗質量是有較大影響的，影響粗紗張力大小的因素是多種的，粗紗松與緊是諸多因素所造成的，其中有許多因素是隨機而產生的，是機械傳動的粗紗機無力應對的。主要影響粗紗張力的因素(機械方面)有錐輪曲線的選用、錐輪皮帶的選用、其摩擦系數的變化、卷繞密度、捻度的變化、運動龍筋的負載、換向機構靈敏性、環境方面有溫度和濕度的隨時變化，另外還有輕微影響因素，纖維品種、粗紗定量的大小等等。綜合上述諸多影響粗紗張力的因素其形象的顯示就是牽伸鉗口至錠翼頂端之間的粗紗段的下垂量，裝在此處的CCD傳感器能夠準確檢測粗紗下垂量的多少。粗紗張力的變化是隨機的，機械傳動粗紗機調整粗紗張力是通過張力微調機構調整錐輪皮帶的軸向位移量來實現，這種調整亦是粗略的和有限數據量，原因是張力輪的件數齒數有限，較計算機相比其精度更是無法相比的。單就錐輪皮帶軸向移動量講，計算機可以精確到0．05mm以下，皮帶傳動是絕對無法實現的。計算機與CCD傳感器相配合可以隨機瞬時完成粗紗張力的調整，這一功能是機械傳動粗紗機根本不可能實現的，沒有CCD傳感器檢測和將所測得數據準確地反饋給計算機，單就計算機本身，也是根本無法實現的。由于CCD傳感器是唯一的在線檢測工具，加之計算機的應用與其他電器控制元器件的應用，就能相對的實現恒張力紡紗。
    CCD傳感器的設計主要是要完成三條曲線的控制及三條曲線本身位置控制，特性是上限位線的位置的設定位。三條曲線是指的粗紗機臺面上三條粗紗線段。這一線段是紡紗全程中唯一能夠檢測粗紗張力之處，對線段控制如圖所示，