基于人機工程學的數控機床設計探析

周波 林翠梅

摘 要：隨著科學技術的快速發展，也逐漸出現了較多新型技術領域，其中最具有代表性的就是人機工程學，該項設計技術充分體現出人性化設計原則。本文主要是探討分析基于人機工程學的數控機床設計，首先闡述了人機工程學的基本概念，之后分析了人機工程學在數控機床設計的實際應用，主要包括造型設計，控制面板設計和防護門設計等方面，希望能夠借此研究對相關設計人員起到參考性價值。

關鍵詞：人機工程學；數控機床；設計應用

隨著時代發展進步，也在較大程度上促進了工業化發展，在各行業領域也開始應用數控機床，使各企業的產品逐漸向一體化和標準化方向發展。數控機床的應用能夠顯著降低人力成本，增加了企業人員與數控機床的溝通交流。然而在實際應用機床期間如果出現不合理設計情況將會對機床生產精度造成極大影響，并且降低操作人員的舒適度。在當前的機床設計當中逐漸應用人機工程學，應用效果顯著。能夠全面結合生理學和人體構造學等各項學科，能夠降低機床使用期間所出現的人為誤差情況，顯著提升機床的穩定性和精度。

1 人機工程學

現階段，我國工業化發展速度持續攀升，也明顯增加了數控機床的應用需求。人機工程學主要是聯合心理學，生理學以及解剖學等方面知識，深入研究與分析人體與設備及環境之間的相互作用關系，能夠給予企業人員高效，安全和健康的工作環境。數控機床在工業領域的廣泛應用也增加了操作人員需求量。因此需要給予企業人員智能化的工作環境，可以使其與機器之間進行輕松和諧的交流互動。對人體與設備機器交流造成影響的因素主要包括造型，控制面板以及防護門等，因此需要給予以上方面分析和討論人機工程學在數控機床設計當中的應用。

2 人機工程學在數控機床造型設計的應用

2.1 數控機床造型設計當中的人機工程學

（1）人體生理特征對數控機床造型設計的要求：操作人員在操作設備時主要采取站立姿勢和手臂抬角等生理特征，以上行為均會對人體操作造成影響，因此在設計數控機床造型外觀時需要統一人體生理參數。由于當前數控機床的智能化特征逐漸加強，這樣將會降低操作人員的動手操作量，也相應提升了操作便利性和舒適度。在實際操作期間，操作人員主要關注數控機床前端，因此可以將其劃分為控制監視區和加工區域。基于以上分析，人體生理特征對數控機床造型設計的要求主要表現在人體視野范圍和身高方面。其中人體視野在達到-15°至+15°之間，豎直方向位于水平下10°范圍，此時視覺反饋最佳。對于身高來說，操作人員在操作數控機床時需要與機床的距離控制在50cm，因此需要將數控機床總高度設計在170cm。（2）人體認知特征對數控機床造型設計要求：1）合理視覺引導：人體在感受操作對象時第一來源為視覺，因此合理視覺引導能夠科學選擇操作方法。因此在合計期間需要讓機床外觀給予人的認知和操作進行合理指導，并且全面體現出工業設計理念。2）動作和信號反饋：操作人員不管實施何種操作都需要數控機床給予反饋，這樣將確保操作人員進行下步操作。所以在設計數控機床機床時間需要按照人體操作流程給予科學的反饋信息。

2.2 數控機床造型的人機工程設計

（1）比例設計：在進行比例設計時需要注重機床正面的組成內容，可以將機床總長度設計為230厘米，高度設計到170cm，將外框左側面與觀察窗中心面的距離控制在88厘米，并且主要觀察區在長度方向的設計需要滿足0.618標準。（2）形體設計和線條應用：在數控機床造型設計當中需要確保線條與形體的統一性。直線造型與曲線及圓角搭配使用，這樣能夠對顯露的手柄和手輪起到隱蔽作用。應用封閉外罩設計冷卻液和切削模塊，確保數控機床造型設計的協調性。操作人員在實際操作數控機床時主要是對觀察窗和面板實施操作，因此在設計期間需要注重以上兩部分的優化設計。

3 數控機床的控制面板設計

3.1 數控機床控制面板的設計要求

（1）色視要求：人的眼睛對不同顏色具有不同事業范圍，由大到小一次表現為白色、黃色、藍色，紅色和綠色，所以在設計控制面板時需要按照不同的顏色合理設計操作裝置的位置，全面確保操作人員的視覺效果。（2）操作要求：人體在呈站立姿勢，需要確保操作狀態的舒適度，主體保持不動的基礎上，在正前方手臂的活動范圍。如下圖所示。手臂最大能及的范圍為大圓弧，前臂的正常活動范圍為小圓弧，最佳活動范圍為陰影區。

圖1 人體呈站立姿勢手臂的活動范圍

（3）安放要求：通常情況下，數控機床控制面板的安放形式共有四種，需要全面考慮數控系統和總體布局情況確定安放形式，還需要全面分析視域在人體站立操作要求和設計應用當中的工效情況，對數控機床控制面板的高度，尺寸以及位置等進行合理設計。

3.2 控制面板當中人機工程學的實際應用

（1）硬界面設計：在設計顯示器時需要考慮人體心理和生理特征，并且將硬界面設計在最佳視野范圍內，能夠第一時間將各項信息傳遞給操作人員，確保操作人員能夠更加了解設備的運行情況；對于LED數碼管顯示器來說，其功能主要是提供有限符號和數字，當前只是在經濟型數控機床當中應用于LED數碼管顯示器；對于CRT顯示器來說，其能夠顯示出任何形式的信息，已經廣泛應用在數控機床控制面板上。然而該種顯示器也存在缺點，比如體積大等，并且由于物理結構較為特殊導致其無法全面發展到其他顯示領域當中。（2）軟界面設計：在設計數控機床控制面板當中的軟界面時需要優化設計人機和數控系統，其中比較重要的是數控系統設計，然而人機設計能夠全面展現出機床性能。在設計期間需要避免操作人員的腦力消耗，能夠自主改變字體顯示內容和形式，全面凸顯出人性化菜單結構和軟鍵盤設計等。在軟鍵盤設計期間當中的“軟”主要是區別傳統的按鍵，隨著不同的菜單能夠改變軟鍵所代表的含義，因此在設計期間需要全面按照人機工程學設計軟鍵盤。

4 數控機床的防護門設計

4.1 觀察窗的人機工程設計

在設計觀察窗時需要全面按照操作人員的視覺高度和身體高度確定，由于不同的數控機床在精度和功能要求上也不同，因此在設計需要選擇人體視覺高度的50%設計觀察窗，全方位確保不同身高的操作人員能夠有效操作數控機床。按照人體結構可以看出，人體水平視線處于水平線的15°為最佳效果，豎直方向的視線需要控制在25°左右。

4.2 把手的人機工程設計

數控機床當中把手主要包括調節式數量面板和機床門把手。因此在設計把手期間需要全面按照國家相關標準，手部握住把手的截面直徑在15mm左右，并且需要應用直徑為10mm的把手。由于傳統式把手的形態輕微垂直形態，在推拉橋梁下人手施力會導致手腕側偏。所以在設計把手時需要考慮人機工程學要求，使操作人員能夠在各類操作條件下輕微傾斜把手，避免腕關節受力，順直腕關節。在設計把手高度時需要按照我國成年人在站立姿勢下的肘高確定。

5 結束語

綜上所述，此次研究主要是圍繞人機工程學理論對數控機床設計進行分析，從數控機床造型設計、控制面板設計以及防護門設計等方面進行闡述，全面提升了數控機床設計的智能化和人性化，希望能夠在今后的設計當中充分考慮人機工程學要求，全面確保數控機床設計實效性。

參考文獻

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