人机工程学在数控机床设计中的应用

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摘要：人机工程学是研究人的特性及工作条件与机器相匹配的科学，是按照人的特性设计和改善人一机一环境系统。它把人和机器视为一个有机结合的系统，本文通过对人机工程学的系统研究，针对数控机床这一设备的工作功能和操作特点，对数控机床进行人性化、美学化、安全化的造型设计探索寻找有利于我国高科技机电产品的设计

关键词：人机工程学；数控机床；设计

1.数控机床的基本概念

数控机床是一种用数字和符号构成的数值信息控制的自动化机床数控机床具有以下主要特点：①提高加工零件的精度，稳定产品的质量。②能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。③生产率高。④对产品改型设计的适应性强。⑤有利于制造技术向综合自动化方向发展。⑥减轻工人劳动强度、改善劳动条件。⑦数控机床具有屏幕显示功能。2.数控机床的造型与人机工程的关系

2.1人机问题

高科技是我们认识世界和改造世界的一种手段，高科技产品的设计，人机分析是其中必不可少的也是最重要的环节，其目的是把一切可能给使用者造成危险或者不便的因素消灭在设计过程中，使系统安全高效地运作。人机问题要放入整个系统中加以权衡、考虑，不可片面地强调一方面忽视其他方面。

2.2 人机关系

数控机床作为一种高科技产品，一种人类进行生产加工的重要工具，人机因素在整个系统中占有重要地位。设计数控机床时，在不断完善功能的过程中，设计师越来越多的目光集中到了人机问题中，设计过程着重研究“机”与“人”之间的关系。人机关系在数控机床设计中的作用如图2-1所示。

图2-1 人机关系在数控加工中的作用

2.3 人机造型

数控机床的使用环境发生了变化。在现代化生产中，生产环境整齐干净、有条理，人对机床的直接操作非常少，主要是控制面板上的操作，因此机床的造型应该与环境和谐。造型清新优美和人性化，给人以心理上的鼓励。下图2-2为德玛吉的数控机床，给人以高雅、清新的感觉。

图2-2 德玛吉公司的数控机床

数控机床的工作台、操作面板等是供人观察、操作用的，它们的尺寸、位置、高度等均应符合“平均人”的尺寸。操作面板是人机交互的主要界面，人在上面进行细致的信息化控制操作，它的位置、倾斜角度及它上面的显示、控制装置的大小、位置等，都应使人在观察和操作时处于舒适、准确和高效的工作状态。操作面板的位置形状可多种多样，它与床身的相对位置有贴合式、悬挂式、下伸式、分离式。操作面板的定位应根据机床的造型和操作要求来决定。

2.4 人机安全

数控机床的安全感对于使用有重要意义。安全感体现在使用者的心里和生理两个方面。通过造型语言，例如浑然饱满的整体造型、精细的制作工艺、沉稳的着色处理给人以心里上的安全感；通过人机工程设计，例如合理的尺寸、设计能够避免无意间触动的按钮开关等，给人以生理上的安全感。

3.数控机床造型和人机工程的应用

3.1外观造型设计思路及特点

（1）数控机床设计的方法采用模块设计，首先将整体划分为机身和控制面板，机身又分为机座、机架、机窗等。采用弧线形流线设计是流行的趋势。采用弧线型机窗，美观大方。

（2）机座色彩选择稳重的黑色，机身部分采用纯净的白色。

（3）现代机床的流行趋势之一是透明化，直观化，机窗设计采用宽敞的玻璃视窗，给操作者操作时提供大面积的可观察范围，便于监控生产过程，同时清楚地显示了这是工作处理区。

（4）数控机床的绘制产品的设计完成要通过三维设计软件实现，主要应用SOLIDWORKS软件设计，此款软件功能强大，具有直观、精细等优点。

3.2 机床门的造型设计

机床门在设计时，要考虑到与机床操作人员接触过多的问题，尺寸、结构是否能有利于操作者是在设计时考虑的重要因素，门的宽度和高度也会对外观造成影响，门若太窄，工件放不进去，门若太宽，增加了制造成本。此外门的高度也应引起设计者的重视。大型的加工中心，由于体积大，重量大，门的高度一定要比普通机床高，以方便工件进出。所以，掌握好门的尺寸与比例，要重复需要符合人机工程学原理。

3.3 观察窗的造型设计

观察窗是操作者在工作时，对内部工作过程的监测与反馈。观察窗的高度应按照五十百分位的人体的视高尺寸来设计，以适应不同身高的人群。人的视线一般是水平的，最佳的视野范围是视线上下10度。观察窗的高度和大小要把人的最佳视野区域包括在内，以保证操作者观察的方便。

3.4 把手的人机造型设计

把手的长度在设计中需要重视，现有的数控机床把手造型多采用长把手设计，一方面是为了造型的需要，另一方面也可以适合不同身高的人群抓握。但也有不少机床采用短把手，短把手的设计就要考虑把手长度对人体抓握的影响。国家标准的操纵器一般人类工程学要求手掌把手的长度尺寸应大于75mm。因此，短把手的设计需要考虑把手长度，要与人手尺寸相符合，使得操作者抓握舒适。把手的设计除了要考虑造型尺寸，还要考虑机床上的安装位置。

4.小结

数控机床外观造型进行人机工程学分析中，从整体与局部的观点出发，对数控机床的造型风格和形态进行深入的研究。针对数控机床人机界面和产品外型在使用过程中阐述了生理、心理等方面的影响。在设计过程中，主要考虑舒适、便捷、安全和高效性，希望可以促进人机交互的应用与发展。

参考文献：

[1]丁晓东.从人机工程角度谈机械产品的造型设计[J].机械研究和应用，2000，13（3），52―54

[2]石金涛，顾琴轩.安全人机工程[M].上海：上海交通大学出版社，1998

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[4]臧吉昌.安全人机工程学[明].北京：化学工业出版社，1996