数控机床设计的人性化探讨

摘要：随着社会经济的快速发展及数控机床的发展历程，不难发现，那些设计较优的数控机床，已摆脱了冰冷、呆板的机械面孔，摆脱了违背人本性的特征，而变得更富有亲和力，更符合现代人的审美情趣。数控机床向着人性化方向发展，这是其必然趋势。基于此，本文就数控机床设计的人性化进行分析与研究。

关键词：数控机床；设计；人性化

中图分类号： S611 文献标识码： A

一、数控机床系统的功能分配与人机匹配

（一）功能分配

在人机系统中，充分发挥人、机各自的特长，长短互补，以达到系统整体的最佳效率与总体功能，这是人机系统设计的基础。人机功能分配建立在对人、机特性的分析比较基础上。在数控机床使用中，指令程序编制、系统监控、维修排除故障，应付突发事件等工作由人承担；而数控机床则承担速度快、精密度高、规律性、长时间的重复操作，以及高级运算、危险、笨重方面的工作。随着科学技术的发展，在人机系统中，人的工作将逐渐由机替代，促使人逐渐从各种不利于发挥特长的工作岗位上得到解放，从而更加安全、舒适。

（二）人机匹配

在复杂的人机系统中，为使系统总体效能最优，必须在机械设备与操作者之间找到最优组合，达到最佳人机匹配。选择最有利于发挥人的能力，提高人的操作可靠性的匹配方式来进行设计，能减轻人的负担，改善工作条件，提高工作效率。如在数控机床控制与显示装置的设计中，必须研究人的生理和心理特点，了解感官功能的极限能力以及使用时可能出现的疲劳累积，以保证人机的最佳协调。随着人机系统现代化程度的提高，脑力作业及心理紧张性作业负荷加重，留下事故发生的隐患。随着计算机技术的发展，人机配合、人机对话将进入新的阶段，使人机系统形成一种新的组织形式：人与智能机的结合，人类智能与人工智能的结合，人与机械的结合，从而使人在人机系统中处于新的地位J。因此，在数控机床设计中，必须实时考虑人机匹配。

二、数控机床各部件的人性化设计方法

数控机床是一切机械制造的生产者，是装备制造业最重要的组成部分。随着时代的进步，人们审美能力的提高，对数控机床产品也提出了更高的要求，不仅应具备高科技的功能和优良的性能，还应具备使人感到工作愉快、减少疲劳和亲切悦目的宜人效果。因此，数控机床颜色、材质的选择左右着它给人的整体感觉。良好的控制器设计，可以使操作者迅速识别而不会发生误操作，确保操作的准确与高效、舒适与方便。安放在正常视距范围内的数字显示器，可以提高视觉上的认读精确度和认读效率，还可以减轻眼睛长时间的注视所带来的视觉疲劳等等。

（一）显示器的设计

无论何种显示器，它的设计要达到为人准确地、迅速地、方便地提供视觉信息。显示器的设计就应根据人的视觉特点，按照人的最佳观察方式进行，提高视觉上的认读精确度和认读效率，显示器与人的视距最好在560mm～750mm范围内，这样能减轻眼睛长时间的注视所带来的视觉疲劳，易于操作者观察。当把信急反馈给人，可以做到快速、准确的掌握。

（二）控制台的设计

控制台的设计，最关键的是控制器与显示器的布置必须位于操作者正常的作业空间范围内。保证操作者能良好地观察必要的显示器，操作所有的控制器，以及为长时间作业提供舒适的作业姿势。操作台有时在操作者前侧上方也有作业区，当然所有这些区域都必须在可视可及区内。因此，操作台的高度和工作区间设计应从人的尺寸参数、人的机械力学参数出发，充分考虑数控机床对人的影响，合理选用各种参数，使人既便于操作，不易疲劳，又便于观察加工情况，建立一种最佳的工作环境。

（三）操纵装置的设计

操纵装置是将人的信息输送给机器，用以调整、改变机器状态的装置。操纵装置将操作者输出的信号转换成机器的输入信号。因此，操纵装置的设计首先要充分考虑操作者的体形、生理、心理、体力和能力。操纵装置的大小、形态等要适应人的手或脚的运动特征，用力范围应当处在人体最佳用力范围之内，不能超出人体用力的极限，重要的或使用频繁的操纵装置应布置在人反应最灵敏、操作最方便、肢体能够达到的空间范围内。操纵装置的设计还要考虑耐用性、运转速度、外观和能耗。操纵装置是人-机系统中的重要组成部分，其设计是否得当，关系到整个系统能否正常安全运行。

（四）防护装置的设计

防护装置是数控机床的一个构成部分，这一部分的功能是以物体障碍方式专门提供安全防护的。如机壳、罩、屏、门、盖、封闭式装置等等。防护装置可以单独使用，也可以与联锁装置联合使用。若单独使用时，只有当其关系闭时，才能起防护作用；当其与联锁装置联合使用时，无论在任何位置都能起到防护作用。

（五）数控机床的色彩宜人性

色彩在产品设计中蕴含强烈的人性化艺术魅力。实验表明，人在看物体时，最初20s内，色彩的成分占80%；2min后，色彩占60%，形体占40%；5min后，色彩和形体各占50%，以后这种状态将持续下去。由此可见，色彩在造型效果中起着重要作用。对于机床来说，其色彩要给人以舒适、高雅、清新的感觉。不宜过分灰暗与单调，也不宜过分艳丽与凌乱，一般采用大面积低纯度的色彩统一全局，再选用小面积的高纯度色彩使之活跃变化，采用中性色来联系过渡，从而达到调和统一的目的。

数控机床是精密设备，色彩力求单纯，一般23色为宜，色彩越简洁醒目，整体感越强。以沉着、朴素、纯度不高的色彩为主，点缀以亮丽的色彩，使色彩单纯而不单调，沉静而不沉闷，这样的用色温馨、含蓄、耐看，既反映数控机床精密的功能特征，又可使使用者在操作中感觉环境舒适，机器亲切，从而精神愉快、稳定而集中。温馨美丽的色彩能够体现产品对人的关怀与尊重。

三、数控机床的安全防护、环保与硬件维护

（一）安全防护及环保措施

数控机床是一种高速、高效和自动化的现代生产设备。一般情况下，要求在一次装夹中分别完成零件的粗、精加工工序。对其精度、速度、结构强度与刚度以及使用的安全性、精度保持性等要求，远高于普通机床。因此，除须对其运动部件各坐标精密导轨和精密滚珠丝杆副以及随着运动部件运行的各种油、气、液、粉尘、电线、电缆等进行单独防护外，出于对整台机床精度保持性、作业环境保护和人身安全防护性以及外部感观质地等因素的考虑，多采用全封闭防护造型。全封闭防护装置（亦称全封闭防护罩）明显而直观的作用，是可减少粉尘入侵和防止铁屑及冷却液溅出，有些还带有隔声降噪及机电安全联锁功能，故可明显提高设备的精度保持性及环保水平。对现代数控机床而言，全封闭安全防护罩占有其外观形体的大部分面积，在一定程度上掩盖了机床的整个主体，因此，其造型风格和外观形体设计选定的机动性、灵活性与自由性很大，无疑给工业设计师发挥创意，搞好数控机床的造型设计，提供较大的空间与可能。但全封闭安全防护罩是一种庞大复杂的簿壁构件，其结构设计、制造安装、拆卸和运输的难度较大，也是设计师深感棘手的问题。因此，在全封罩具体设计时，应着重注意以下几点：