基于人機(jī)工程學(xué)的數(shù)控機(jī)床分析

商云男

河北工程大學(xué)，河北邯鄲 056038

人機(jī)工程學(xué)是關(guān)于數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的一門學(xué)問，數(shù)控機(jī)床是目前機(jī)床市場(chǎng)上先進(jìn)的產(chǎn)品，也是一種重要的制造設(shè)備。隨著科技的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度越來越高。有關(guān)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)者們?nèi)栽诓粩嗟貙?duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，力求使設(shè)計(jì)出的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品更加科學(xué)。為此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)，以提高機(jī)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(duì)操作者身體健康地影響。通過應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出來的機(jī)床產(chǎn)品更加適合操作者對(duì)其進(jìn)行操作，使操作者在使用過程中身心感到十分地舒適。

1 機(jī)床造型的整體化

機(jī)床造型的整體化便于操作者進(jìn)行操作，有利于機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)。在機(jī)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(duì)于機(jī)床輪廓線的線形設(shè)計(jì)，在線型風(fēng)格統(tǒng)一的同時(shí)，還應(yīng)注意線的變化，盡量做到直線與曲線相結(jié)合。對(duì)于普通機(jī)床尺寸，一般分為以下幾種尺寸規(guī)格（mm）:長(zhǎng)2250/2500/3000/3500，寬1370，高1690。比如，江蘇新瑞機(jī)床，給人的第一感覺就是壓抑和沉悶，這主要是因?yàn)槠湓谠煨蜕线\(yùn)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(jì)對(duì)于操作者的心理上會(huì)產(chǎn)生一定不好的影響。此外，由于該機(jī)床的觀察窗過于平面化，這樣的設(shè)計(jì)不利于操作者進(jìn)行多角度觀察。

2 人機(jī)工程在機(jī)床門的應(yīng)用

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

3 人機(jī)工程在觀察窗的應(yīng)用

操作者對(duì)機(jī)床工作情況的了解與觀察工件制造都需通過觀察窗來進(jìn)行。經(jīng)由觀察窗將所需的數(shù)據(jù)及時(shí)顯現(xiàn)在操作者面前。觀察窗若設(shè)計(jì)不當(dāng)，將會(huì)使操作者在觀察時(shí)感到很吃力。所以要認(rèn)真對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在設(shè)計(jì)時(shí)把人的視高作為設(shè)計(jì)的考慮要素。由于不同機(jī)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(jì)觀察窗時(shí)，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(jì)，這樣的設(shè)計(jì)可以為觀察窗的設(shè)計(jì)提供最佳視野范圍的設(shè)計(jì)提供參考。人體的最佳視野分為直接視野和眼動(dòng)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(jì)完全能夠滿足人機(jī)需求。

4 機(jī)床把手的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)

把手是操作人員在操作中接觸時(shí)間較長(zhǎng)的部位，其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)操作者的身體感受有著很大地影響。在設(shè)計(jì)把手時(shí)，關(guān)鍵的一點(diǎn)是要確定好把手的直徑，使之與人手的大小相對(duì)應(yīng)，這樣操作者會(huì)感到舒適，且操作方便。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，設(shè)計(jì)者也也要注重把手長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)。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(jī)床多采用長(zhǎng)把手設(shè)計(jì)，只有少數(shù)機(jī)床采用短把手設(shè)計(jì)。國(guó)家相關(guān)規(guī)定中，對(duì)于機(jī)床把手的長(zhǎng)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(shí)其彎角應(yīng)在十度左右。把手的設(shè)計(jì)要同時(shí)考慮造型尺寸和其在機(jī)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(dòng)范圍和肘的高度共同確定了最佳把手控制。對(duì)于長(zhǎng)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(duì)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(jì)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(jī)工程在數(shù)控機(jī)床外罩色彩設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

色彩對(duì)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(jī)床外罩的色彩是操作者每天在工作必須要持續(xù)面對(duì)的，若其色彩不當(dāng)，會(huì)使操作者產(chǎn)生消極地情緒。整體來說，數(shù)控機(jī)床的色彩應(yīng)上淺下深，給人以穩(wěn)定安定的感覺，同時(shí)因機(jī)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(jì)成深色能使機(jī)床看起來更加干凈整潔。傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床上部通常采用白色，但操作員長(zhǎng)時(shí)間面對(duì)大面積白色時(shí)易產(chǎn)生炫目感，因此不適合。近年來數(shù)控機(jī)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(zhǎng)時(shí)間面對(duì)會(huì)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(zhǎng)時(shí)間面對(duì)。因此機(jī)床的上部可采用淺的冷色調(diào)，給人以安定的情緒。同時(shí)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(jì)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(jì)數(shù)控機(jī)床時(shí)運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)知識(shí)，可使設(shè)計(jì)的各部分的色彩、造型、比例更加科學(xué)合理，適于人員進(jìn)行操作。為使設(shè)計(jì)的機(jī)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(hù)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(jī)－環(huán)境相互匹配，以求更好地發(fā)揮出環(huán)境對(duì)操作的積極作用，且益于操作者的健康。

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