基于人机工程学的数控机床分析

商云男

河北工程大学，河北邯郸 056038

人机工程学是关于数控机床设计的一门学问，数控机床是目前机床市场上先进的产品，也是一种重要的制造设备。随着科技的进步，数控机床的自动化程度越来越高。有关数控机床的设计者们仍在不断地对其设计进行改进，力求使设计出的数控机床产品更加科学。为此，在设计中应用了人机工程学的知识，以提高机床的工作能力，使其能够更快更好地制造产品，并使工人操作省力，减轻对操作者身体健康地影响。通过应用人机工程学知识设计出来的机床产品更加适合操作者对其进行操作，使操作者在使用过程中身心感到十分地舒适。

1 机床造型的整体化

机床造型的整体化便于操作者进行操作，有利于机床的运转。在机床的造型中须注意控制好各部件间的尺寸，比例可用平方根比例( 1:)、黄金分割比例( 1:0.618)等。对于机床轮廓线的线形设计，在线型风格统一的同时，还应注意线的变化，尽量做到直线与曲线相结合。对于普通机床尺寸，一般分为以下几种尺寸规格（mm）:长2250/2500/3000/3500，宽1370，高1690。比如，江苏新瑞机床，给人的第一感觉就是压抑和沉闷，这主要是因为其在造型上运用直线条，造型方正，给人以生硬冷漠的感觉，而颜色采用灰色，这样的设计对于操作者的心理上会产生一定不好的影响。此外，由于该机床的观察窗过于平面化，这样的设计不利于操作者进行多角度观察。

2 人机工程在机床门的应用

在机床设计中要注意机床门的结构和大小，若设计的过大或过小将会对机床的正常运转产生妨碍，且不利于机床整体外观的美观。设计人员在确定其造型时要考虑好与机床外罩的协调一致，并采取适合地门宽，这都会直接影响到机床使用性能。由此可见，门的长宽尺寸对于机床门的造型设计来说是一个无法忽视的要素，而且机床工作台尺寸限制着机床门的宽度尺寸，同时机床门的造型也需要作较大的变化。对于工作台较小的机床一般采用单开门的结构，而对于工作台较宽的机床则多选用双开门。

3 人机工程在观察窗的应用

操作者对机床工作情况的了解与观察工件制造都需通过观察窗来进行。经由观察窗将所需的数据及时显现在操作者面前。观察窗若设计不当，将会使操作者在观察时感到很吃力。所以要认真对其进行设计，并在设计时把人的视高作为设计的考虑要素。由于不同机床功能的差异造成不同类型观察窗尺寸大小的差异，因此在设计观察窗时，为了更好的适应操作者的不同身高，我们选择的高度应该为人体视高的50%来设计，这样的设计可以为观察窗的设计提供最佳视野范围的设计提供参考。人体的最佳视野分为直接视野和眼动视野两部分，左右各25度的水平方向视野作为良好视区，水平线上下十五度的垂直方向视区作为最佳视线，这样的角度设计完全能够满足人机需求。

4 机床把手的人机工程学设计

把手是操作人员在操作中接触时间较长的部位，其设计的好坏对操作者的身体感受有着很大地影响。在设计把手时，关键的一点是要确定好把手的直径，使之与人手的大小相对应，这样操作者会感到舒适，且操作方便。按照国家标准的操纵器一般人类工效学要求，手握截面直径尺寸为10mm～20mm，并且优先选用直径为12mm到18mm范围内的把手。同时，设计者也也要注重把手长度的设计。出于造型的需求以及适应不同身高的人群把握，大多数数控机床多采用长把手设计，只有少数机床采用短把手设计。国家相关规定中，对于机床把手的长度尺寸要求大于75mm，而着力抓握的最佳直径应该在30mm到40mm范围以内，同时其弯角应在十度左右。把手的设计要同时考虑造型尺寸和其在机床上的安装位置。把手选取50%的人体身高作为最佳安装位置。手的活动范围和肘的高度共同确定了最佳把手控制。对于长把手来说，只要把手抓握位置能包括最佳控制区，且安放位置美观即可; 而对于短把手则要尽量安装在最佳控制区内，而且位置多设计在门中间偏下的位置，这样能尽量使手腕保持自然状态，手与小臂处于一条直线上，避免因手腕弯曲而引起肌肉静态施力。

5 人机工程在数控机床外罩色彩设计中的应用

色彩对操作者的心理影响是十分大的，搭配合理的色彩可使人心情愉快，减轻工作的疲劳感。机床外罩的色彩是操作者每天在工作必须要持续面对的，若其色彩不当，会使操作者产生消极地情绪。整体来说，数控机床的色彩应上浅下深，给人以稳定安定的感觉，同时因机床加工容易产生很多切屑，排屑装置再将各种切屑向下传送，底部设计成深色能使机床看起来更加干净整洁。传统的数控机床上部通常采用白色，但操作员长时间面对大面积白色时易产生炫目感，因此不适合。近年来数控机床的上部多采用浅灰色，这种颜色能平复人的心绪使人感觉平静，但长时间面对会使人情绪低落降低工作效率。暖色调给人以热情兴奋的感受，不适宜长时间面对。因此机床的上部可采用浅的冷色调，给人以安定的情绪。同时在需要提醒操作员注意安全的部位，如门、观察窗等地方局部设计成暖色调，一方面提醒操作人员注意，另一方面调节操作人员的心情。

6 结论

在设计数控机床时运用人机工程学知识，可使设计的各部分的色彩、造型、比例更加科学合理，适于人员进行操作。为使设计的机床产品能与环境相协调，须注意数控面板、把手、观察窗、安全防护措施以及色彩等方面。通过分析人体尺寸、环境、心理等因素，务必使人－机－环境相互匹配，以求更好地发挥出环境对操作的积极作用，且益于操作者的健康。

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