人机工程学背景下数控机床的设计

【摘 要】近年来，随着我国经济的飞速发展，机械制造技术得到广泛发展，而数控机床作为制造业发展的核心装备，使得机床的设计显得至关重要。根据数控机床设计、制造以及使用等显示：人机关系的好坏会影响数控机床性能的发挥，而在数控机床设计过程中人机工程学则应该考虑其中，常见的参数有：数控机床操作面板的设计、把手、加工区域等，本文将以人机工程学为背景，分析数控机床设计过程中如何结合人体生理结构设计数控机床，分析如何将人体工程学运用到数控机床设计中，从而达到良好的人机交换，保障操作人员安全，提高员工工作效率。

【关键词】机械制造技术 数控机床设计 工作效率

引言

近年来，随着我国经济的飞速发展，数控机床在机械制造中使用较多，它大大降低了人们的体力劳动，并且也使得人们和数控机床的交流增多。但是，数控机床使用过程中，如果机床设计不合理将会影响其精度，并且影响操作者的舒适度，严重者将会危及操作者个人安全。近年来，人机工程学在数控机床设计中使用较多，并取得理想效果，它融入了人体结构学、生理学等，使得人、机床等更加和谐，能够有效的降低机床使用过程中的人为误差，提高数控机床的加工精度和稳定性[1]。本文将以人机工程学为背景，分析数控机床设计过程中如何结合人体生理结构设计数控机床，分析如何将人体工程学运用到数控机床设计中，现综述如下。

1 数控机床的人机系统模型

数控机床近年来使用较多，一方面数控机床能够保证零件等加工精度，降低加工误差；另一方面能够提高加工精度，提高加工效率。从人际工程学角度来说，数控机床使用过程中，人并不是独立存在的，因此对于人的研究也并不是孤立的，而应该将其放置在人――机床――环境中进行设计。从人机系统的角度来看，操作者和数控机床本身就属于一个有机的整体，人则成为了数控机床设计过程中的一个有机的整体，在数控机床设计过程中要将人的因素考虑其中，以便能设计出更加人性化的数控机床。

2 数控机床的人机工程分析

2.1 机床整体造型的人机工程分析

对于一台数控机床而言，机床的整体设计对于机床使用者的使用、操作等有着重要的影响，机床的整体造型对于机床的使用、操作者的操作有着重要的影响。而数控机床而言，其各个部件之间的比例是外观造型的主要部分之一，现有机床中使用的比例较多，常见的有黄金分割比（1：0.618）、平方根比例（1：）等。机床轮廓线设计过程中除了要注意线形的设计，同时还要注意线的变化[2]。当前，我国机床尺寸主要分为以下几种，即：长2250mm/2500mm/3000mm/3500mm，宽1370mm，高1690mm。

2.2 机床门的人机工程分析

对于数控机床而言，机床门是数控机床中比较重要的部件，如果机床门设计不合理将会影响机床使用性能以及操作精度。数控机床在设计过程中还要配合机床外罩，同时还要考虑到门的宽度。数控机床设计时，门的宽度不但会影响机床的外观造型，同时还会影响机床的使用性能、加工精度等。在数控机床设计过程中不可避免的要重视对于机床门的设计。数控机床使用过程中，为了保证操作者能够装夹零件方便，门的尺寸设计过程中要略大于工作台的宽度。

根据笔者经验，由于机械制造过程中，数控机床类型较多，不同型号的数控机床工作台宽度也不尽相同，数控机床门设计过程中可以使用单开门的结构；而对于较宽的工作台而言，可以设计门。

2.3 观察窗的人机工程分析

在数控机床设计过程中，观察窗也是其重要部件，它主要用来让操作者观察零件的加工进程，从而对加工的工件和机床等运动观察。这个部位的设计更加有利于对机床加工进度的反馈。这个部位的设计对于操作者的姿势等关系密切，设计过程中要从人机工程学角度出发，并且对观察窗的设计有一个重点把握[3]。

根据笔者经验，数控机床观察窗设计时要根据操作者的高度、视高等为主。并且不同类型的数控机床在功能上、精度上等差异不显著。通常而言，对于数控机床观察窗的设计主要选取第50百分位的人体视高进行设计，这样能够保证数控机床适合不同身高的操作者。从人体结构来说，人的水平最佳视线在水平线15°效果最好，而在竖直方向而言，应该控制在25°。

2.4 把手的人机工程分析

对于数控机床而言，手把对于其加工精度、加工效率至关重要，同时手把还会影响操作者的舒适度。在对数控机床进行设计时必须将手把等考虑其中，手把设计过程中必须和直径、人手的尺寸等相适应，保证操作者能够比较方便的进行操作。根据相关标准显示，对于数控机床手把设计时，手握直径应该控制在10mm―20mm，并且以12mm―18mm为宜。

此外，数控机床设计过程中，还应该注意数控机床长度的设计，并且设计过程中，要主要数控机床整体造型，同时还有保证数控机床设计后满足不同身高操作者使用。直径的把手。把手的长度在设计中也需要重视。现有的数控机床的把手造型多采用长把手的设计，一方面是为了造型的需要，另一方面也可以适合不同身高操作者。但是，在现有数控机床中，很多机床使用短把手，并没有考虑到高度较高者，使得其设计不合理。根据相关规定：数控机床设计时，要控制好手把的长度，将其控制在75mm以上。此外，设计时要考虑到机床的安装位置、安装后达到的精度等。

通过图1可以看出，对于数控机床设计时，把手设计过程中应该先确定其按照高度，并将50百分位身高操作者作为依据。当手把的高度确定之后，以图2方式对把手的操作范围进行计算，这样设计出的把手既能够保证其舒适度，同时还能够提高操作精度，保持操作者手腕保持自然状态，保证手与小臂在操作过程中保持在直线上。

3 数控机床的人机工程设计

数控机床在设计过程中必须综合考虑人机工程学等相关要求，在操作者经常触摸的部位，如机床门、观察窗、把手等部位应该尽可能使用圆润、流畅等曲线进行，让操作者更加亲切。而整个数控机床在设计过程中要注意总体的协调，尽可能保证统一。在人机工程学中，如设计观察窗时要将其放在最佳位置处；设计把手时要和机床区别开，尽可能将其设计成折线形。在色彩上，可以使用浅色或黄色等颜色，这样既不沉闷，又十分醒目[4]。

结语

近年来，随着我国经济飞速发展，数控机床使用较多，并占据重要地位。当前，数控机床在设计过程中要以人为本，更多地考虑人机协调方面问题，这样既能够有效的提高操作者工作效率，还能够保持操作者良好的心情。

参考文献

[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[J].工程图学学报.2012（06）：26-27.

[2]韩卫国，胡晓涛.机床造型设计中的人机工程[J].机电产品开发与创新，2007（2）：155-157.

[3]吴晓莉.人机工程学的手控操纵原理在鼠标设计中的应用[J].机械设计与研究，2009，25（4）：77-79.

[4]吴强，刘阳，李冰梅.基于人机工程学的设计实践[J].机械设计与制造，2007，23（6）：45-47.