人机工程学在机床设计中运用

1、 随着国内机械制造技术的不断发展，数控机床已经成为支持制造产业发展的核心装备。从数控机床设计、制造、使用过程表明，人机关系的好坏会直接影响到数控机床性能的发挥，机床设计中涉及到人机工程学的要素，主要包括数控操作面板、把手、操作界面的色彩、操作加工区域等等 本演示文稿将依据人体工程学在数控机床设计中设计原则，并结合人体的生理结构，探讨人体工程学在机床设计中的应用，进而使数控机床、操作者与环境相互和谐从而保障操作人员安全，同时高效开展工作。人机工程学在机床软件界面设计中的应用人机工程学在机床硬件界面设计中的应用结束语引言 现代化数控机床的人机系统，极大地降低了人的体力劳动，并且增强了人与数控机床之

2、间的信息交流，如机床设计不合理，就会直接影响到数控机床的运行以及操作者的舒适性，甚至会危及到操作者的人身安全。 人机工程学就是根据人体结构学、心理学、生理学的特点，进而研究人、数控机床与环境三者互相作用的关系，从而能够有效地降低机床使用中的人为差错，发挥人和机器各种的优势特点，提高机械设备运行的稳定性。 软件是数控机床应用系统中重要的组成部分，是控制系统的核心结构，其用户界面直接影响着数控机床的工作效率和效果。数控机床软件界面的人机设计应注意以下几点：色彩与图形的合理应用字体设计界面风格设计 界面上使用颜色可以更好地进行提示操作，还能缓解操作者的视觉疲劳。所用颜色一般不超过 3 种5 种。图形

3、具有直观、形象、信息量大等优点，在界面中使用图形可增强操作的可理解性及易学易用性。 操作界面的色彩要给人一种舒适感，减少色彩对人眼睛的刺激，避免操作过程中产生视觉疲劳，出现操作失误，通常采用灰色系。界面各功能分区的合理与否也直接影响机床的操作，应使各功能区域按照人的生理和心理特征设计，便于操作。 在同一个操作界面中，显示的字体在形式上不应有太大的变化，在字体的选用上应该以简洁、清晰、可识别性强的字体。 软件人机界面在不同的系统之间以及应用系统内部，都要具有相似的界面外观、布局、人机交互方式及信息显示格式等。一致性的设计有助于操作者学习、熟悉机床的操作，可以有效减少使用时的出错率。 对操作者而言

4、，数控机床的人机界面可以划分为三个区：监控区、操作区、工作处理区。监控区是显示比较集中的区域，操作区是人完成主要操作的区域，工作处理区是装卸工件的区域。这三个区在结构、功能上构成相对独立的单元，监控区和操作区组合为一个单元，成为控制区，集成在一个控制面板中。工作处理区域设计显示面板的人机设计 数控机床外罩色彩人机分析与设计 由于数控机床为自动加工设备，操作者在工作处理区域的工作主要就是工件的装卡与加工状态的观察。机床门、观察窗与把手操作区域设计 现在的数控机床基本上在工作处理区域都采用防护门封闭式加工的方法，这既保证了操作者的安全，也增强了数控机床的整体感。机床门的尺寸，首先要满足操作者装卡工

5、件的功能要求，因此在通常情况下机床门打开时的宽度大于工作台的宽度。根据机床加工尺寸的不同，大型数控机床多采用双开门的结构，小型数控机床通常采用单开门设计。 为了便于观察工件加工进度，门上都安装镶有玻璃的观察窗。不同类型的机床观察窗由于功能的差异，其尺寸大小差别较大。由于主轴运动范围较大，加工中心的观察窗较大；而车床由于需要观察加工范围较小，因此观察窗较小。 观察窗高度以人体“立姿眼高”为依据，其高度和大小要保证把人的最佳视野包括在内，以便观察。 把手有竖式安装和横式安装两种类型。目前，数控机床门多以左右推拉式开合，因此采用把手竖式安装有利于人手左右运动时施展推拉力。 把手的直径，应当以人体尺寸

6、中的“手长”为依据设计，一般要求截面直径尺寸为 10mm20mm，优先选用 12mm18mm 直径的把手。直径过粗或过细都不利于人手抓握和施力。 把手的界面形状，现在常用的机床门把手界面多为圆形，方形也有少量应用。 把手的安装位置，要保证操作者在舒适操作高度（立姿肘高）附近能够抓握到把手。大型机床的把手可以设计得长一些，以满足不同身高的操作者需要。 机床的操作区域（即工作台）是对工件进行处理的区域。操作者需要在加工前装上零件毛坯，加工完成后取下零件。操作区域的控制装置（如手柄、控制杆）整体布置要考虑手臂活动及手操纵的最佳范围，使操作者伸手可及。 由于数控机床操作一般为立姿工作，考虑到实际工人操

7、作时，躯干需要向前倾斜以接近工件，因此工作台面的操作高度可小于人体尺寸立姿肘高。由于人站在床身外进行操作，工作台面离手不能太远，以免使操作者“被迫”以较大角度前倾弯腰。这种姿势长时间维持会带来不适，且会降低操作精度。 操纵空间要保证门拉开后的空间宽度至少要大于人的双肩宽。因为，此尺寸还需要考虑工人身体可能摆动的富裕量。 人眼视区显示屏高度与人眼视线 在显示装置设计及安装上要注意与人的视觉特性相符合，在控制面板的尺寸、结构设计和显示装置布局时要充分应用人的最佳视区和有效视区。如在人的有效视野内，按照目光巡视规律显示信息，可以使人在更短的时间内正确察看显示信息。 显示器如果是一种安装方式，则显示器

8、都是竖直固定的，此时显示区域的中心点高度应略低于或等于人眼的立姿眼高。如果控制面板是安装在支撑臂上的，要保证显示屏有一定倾角，使得操作者在观察显示屏时视线与屏幕垂直。 如果把显示屏设计成可调性结构，会使其适用性大大增强。例如，德国著名机床厂商德马吉设计的可调控制面板就是非常人性化的设计。其特点在于：显示屏倾斜度可在530范围内无级调节；可以为经常使用的显示屏内容或操作序列随意设置快捷键；键盘倾斜度可在 1570范围内无级调节。 色彩能够对人的情绪以及心理产生一定的影响，科学地调整数控机床的色彩，能够通过对操作人员心理的影响效用而提高工作效率。因而，数控机床的色彩是上浅下深的，进而能够使人产生安

9、定的感觉，而且机床加工过程中易产生较多的切屑，切削会影响数控机床的整洁，下部的深色调能够保障数控机床的美观整洁。 此外，随着数控机床的不断发展，色彩的运用得到了很好的体现，为了增强数控机床的美观性，也会在外部设置不同色调的装饰物，以使操作者的心情愉悦，而且为了提高了数控机床的安全性能，对于一些警示标示也会采取一些醒目的色调。 数控机床的人性化设计，不仅能够满足于操作者的应用需求，对于数控机床的美观特性的展示以及发挥较高的效能也具有一定的价值功用 根据人体的基本生理结构、身高比例等特征对调整数控机床的结构设计，能够有效地增强人与数控机械设备之间密切的信息交流的关系。 总之，人机工程学在数控机床设计中的应用，能够有效地促进“人-机器-环境”三者的和谐发展的关系。1卢兆麟，汤文成.工业设计中的人机工程学理论、技术与应用研究进展