基于人機工程學(xué)的數(shù)控機床分析

商云男

河北工程大學(xué)，河北邯鄲 056038

人機工程學(xué)是關(guān)于數(shù)控機床設(shè)計的一門學(xué)問，數(shù)控機床是目前機床市場上先進的產(chǎn)品，也是一種重要的制造設(shè)備。隨著科技的進步，數(shù)控機床的自動化程度越來越高。有關(guān)數(shù)控機床的設(shè)計者們?nèi)栽诓粩嗟貙ζ湓O(shè)計進行改進，力求使設(shè)計出的數(shù)控機床產(chǎn)品更加科學(xué)。為此，在設(shè)計中應(yīng)用了人機工程學(xué)的知識，以提高機床的工作能力，使其能夠更快更好地制造產(chǎn)品，并使工人操作省力，減輕對操作者身體健康地影響。通過應(yīng)用人機工程學(xué)知識設(shè)計出來的機床產(chǎn)品更加適合操作者對其進行操作，使操作者在使用過程中身心感到十分地舒適。

1 機床造型的整體化

機床造型的整體化便于操作者進行操作，有利于機床的運轉(zhuǎn)。在機床的造型中須注意控制好各部件間的尺寸，比例可用平方根比例( 1:)、黃金分割比例( 1:0.618)等。對于機床輪廓線的線形設(shè)計，在線型風(fēng)格統(tǒng)一的同時，還應(yīng)注意線的變化，盡量做到直線與曲線相結(jié)合。對于普通機床尺寸，一般分為以下幾種尺寸規(guī)格（mm）:長2250/2500/3000/3500，寬1370，高1690。比如，江蘇新瑞機床，給人的第一感覺就是壓抑和沉悶，這主要是因為其在造型上運用直線條，造型方正，給人以生硬冷漠的感覺，而顏色采用灰色，這樣的設(shè)計對于操作者的心理上會產(chǎn)生一定不好的影響。此外，由于該機床的觀察窗過于平面化，這樣的設(shè)計不利于操作者進行多角度觀察。

2 人機工程在機床門的應(yīng)用

在機床設(shè)計中要注意機床門的結(jié)構(gòu)和大小，若設(shè)計的過大或過小將會對機床的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生妨礙，且不利于機床整體外觀的美觀。設(shè)計人員在確定其造型時要考慮好與機床外罩的協(xié)調(diào)一致，并采取適合地門寬，這都會直接影響到機床使用性能。由此可見，門的長寬尺寸對于機床門的造型設(shè)計來說是一個無法忽視的要素，而且機床工作臺尺寸限制著機床門的寬度尺寸，同時機床門的造型也需要作較大的變化。對于工作臺較小的機床一般采用單開門的結(jié)構(gòu)，而對于工作臺較寬的機床則多選用雙開門。

3 人機工程在觀察窗的應(yīng)用

操作者對機床工作情況的了解與觀察工件制造都需通過觀察窗來進行。經(jīng)由觀察窗將所需的數(shù)據(jù)及時顯現(xiàn)在操作者面前。觀察窗若設(shè)計不當(dāng)，將會使操作者在觀察時感到很吃力。所以要認真對其進行設(shè)計，并在設(shè)計時把人的視高作為設(shè)計的考慮要素。由于不同機床功能的差異造成不同類型觀察窗尺寸大小的差異，因此在設(shè)計觀察窗時，為了更好的適應(yīng)操作者的不同身高，我們選擇的高度應(yīng)該為人體視高的50%來設(shè)計，這樣的設(shè)計可以為觀察窗的設(shè)計提供最佳視野范圍的設(shè)計提供參考。人體的最佳視野分為直接視野和眼動視野兩部分，左右各25度的水平方向視野作為良好視區(qū)，水平線上下十五度的垂直方向視區(qū)作為最佳視線，這樣的角度設(shè)計完全能夠滿足人機需求。

4 機床把手的人機工程學(xué)設(shè)計

把手是操作人員在操作中接觸時間較長的部位，其設(shè)計的好壞對操作者的身體感受有著很大地影響。在設(shè)計把手時，關(guān)鍵的一點是要確定好把手的直徑，使之與人手的大小相對應(yīng)，這樣操作者會感到舒適，且操作方便。按照國家標準的操縱器一般人類工效學(xué)要求，手握截面直徑尺寸為10mm～20mm，并且優(yōu)先選用直徑為12mm到18mm范圍內(nèi)的把手。同時，設(shè)計者也也要注重把手長度的設(shè)計。出于造型的需求以及適應(yīng)不同身高的人群把握，大多數(shù)數(shù)控機床多采用長把手設(shè)計，只有少數(shù)機床采用短把手設(shè)計。國家相關(guān)規(guī)定中，對于機床把手的長度尺寸要求大于75mm，而著力抓握的最佳直徑應(yīng)該在30mm到40mm范圍以內(nèi)，同時其彎角應(yīng)在十度左右。把手的設(shè)計要同時考慮造型尺寸和其在機床上的安裝位置。把手選取50%的人體身高作為最佳安裝位置。手的活動范圍和肘的高度共同確定了最佳把手控制。對于長把手來說，只要把手抓握位置能包括最佳控制區(qū)，且安放位置美觀即可; 而對于短把手則要盡量安裝在最佳控制區(qū)內(nèi)，而且位置多設(shè)計在門中間偏下的位置，這樣能盡量使手腕保持自然狀態(tài)，手與小臂處于一條直線上，避免因手腕彎曲而引起肌肉靜態(tài)施力。

5 人機工程在數(shù)控機床外罩色彩設(shè)計中的應(yīng)用

色彩對操作者的心理影響是十分大的，搭配合理的色彩可使人心情愉快，減輕工作的疲勞感。機床外罩的色彩是操作者每天在工作必須要持續(xù)面對的，若其色彩不當(dāng)，會使操作者產(chǎn)生消極地情緒。整體來說，數(shù)控機床的色彩應(yīng)上淺下深，給人以穩(wěn)定安定的感覺，同時因機床加工容易產(chǎn)生很多切屑，排屑裝置再將各種切屑向下傳送，底部設(shè)計成深色能使機床看起來更加干凈整潔。傳統(tǒng)的數(shù)控機床上部通常采用白色，但操作員長時間面對大面積白色時易產(chǎn)生炫目感，因此不適合。近年來數(shù)控機床的上部多采用淺灰色，這種顏色能平復(fù)人的心緒使人感覺平靜，但長時間面對會使人情緒低落降低工作效率。暖色調(diào)給人以熱情興奮的感受，不適宜長時間面對。因此機床的上部可采用淺的冷色調(diào)，給人以安定的情緒。同時在需要提醒操作員注意安全的部位，如門、觀察窗等地方局部設(shè)計成暖色調(diào)，一方面提醒操作人員注意，另一方面調(diào)節(jié)操作人員的心情。

6 結(jié)論

在設(shè)計數(shù)控機床時運用人機工程學(xué)知識，可使設(shè)計的各部分的色彩、造型、比例更加科學(xué)合理，適于人員進行操作。為使設(shè)計的機床產(chǎn)品能與環(huán)境相協(xié)調(diào)，須注意數(shù)控面板、把手、觀察窗、安全防護措施以及色彩等方面。通過分析人體尺寸、環(huán)境、心理等因素，務(wù)必使人－機－環(huán)境相互匹配，以求更好地發(fā)揮出環(huán)境對操作的積極作用，且益于操作者的健康。

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