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1、学 术 人机工程学在数控机床设计中的应用 沈阳机床股份有限公司钣焊分公司 一 李海林 高阳 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 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 提高加工零件的精度 稳定产品的质量 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
2、生产率高 对产品改型设 计 的适应性强 有利于制造技术 向综合 自动 化方 向发展 减轻工人劳动强度 改善劳动 条件 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
3、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 一 l 所示 r 一 生 产 操 作 过 程 旧 丁一 由 r 降f 2 1人机关系在数控JJ 1 T 中的作用 2 3人 机造 型 图 2 2德玛吉公司的数控机床 8 O M a c h in e C h in a 中国机械 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
4、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 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 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
5、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 阳人机工程的应用 3 1 外观造型设计思路及特点 1 数控机床设 汁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
6、 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 S O L I D W O P J S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
7、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 1 0 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 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 7 5 ra m
8、 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 2 0 0 0 1 3 3 5 2 5 4 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 1 9 9 8 3 6 1 O S S D S e t a 1 I n t r o d U C t i o n t o S a f e t y E n g i n e e r i n s M 1 9 8 4 4 臧吉昌 安全人机工程学 明 北京 化学工业出版社 1 9 9 6
