基于人机工程的数控机床设计毕业设计说明书Word格式文档下载.docx

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比如机床的尺寸设计的不合理，使得使用者操作时身体不舒服；

机床控制面板颜色比较单调，使得操作者长期看着面板会觉得眼睛疲劳；

机床整体造型存在不足之处，给人一种陌生、距离感；

操作环境也不怎么舒适，不利于操作者的长期作业。

因此运用人机工程学的相关知识，考虑人体尺寸、色彩心理学等知识，对机床进行以人为本的设计。

设计过程中，先对现有机床进行尺寸测量，然后运用UG软件建立初始模型，最后运用人机工程的知识对机床的基本尺寸、控制面板、操作环境和整体造型行进改进设计，使得人-机-环境三者之间做到相互协调，从而提高人机系统的工作效率。

关键词：

数控机床，人机工程，设计

外文摘要

TitleTheDesignOfCNCMachineToolBasedOnMan-machineengineering

Abstract

CurrentlymoreandmoreCNCmachinetoolshavebeenusedinthemanufacturingindustry,buttheefficiencyofmachinetoolhasneverbeensatisfactory.itseemsduetotheimproperuse,butinfactitisthemachinehasweaknessatthebeginningofthedesign.Forexamplethesizeofmachineisunreasonable,whichmakestheuseruncomfortable;

themachinecontrolpanel’colorismonotonous,allowingtheoperatortolong-termlookatpanelwillfeeleyefatigue;

themachinetoolsshape’inadequacieswillmakepeopleuncomfortable;

theenvironmentisnotcomfortable,notconducivetothelong-termoperation.SoweusetherelatedknowledgeofMan-machineengineering,consideringtheknowledgeofbodysizeandpsychologyofcolor,designthemachinetoolbasedonpeople.Inthedesignprocess,firstlywemeasuretheexistingmachinetool,andthenuseUGsoftwaretoestablishtheinitialmodel,usingman-machineengineeringknowledge,designingthemachinecontrolpanel,operatingenvironmentandtheoverallshapeofCNC,makingMan-Machine-Environmentcoordinatewitheachother,lastlytheman-machinesystem’workefficiencywillimprove.

Keywords:

CNC，Man-machineengineering，Design

前言

随着国内制造行业的迅速发展，数控机床被使用的越来越多，机床的使用效率直接关系到了企业的效益，因此研究如何提高机床使用效率被越来越多的企业所重视。

而人作为机床的使用者，在机床的运行过程中起着主导作用，直接关系到机床的工作效率。

目前机床在使用过程中存在以下一些问题：

如机床面板过高，操作者的手臂需要抬高，不利于长久作业；

面板颜色呆板，字迹模糊，增加了使用者辨认的难度等等。

因此考虑人的因素对机床进行设计显得迫在眉睫。

人机工程学是一门研究人-机-环境三者之间相互关系的学科，是一门旨在提高系统运行效率的学科。

而且该学科在发展的过程中结合了生理学、工程心理学、人体测量学、劳动学、系统工程学等学科的知识和成果，形成自身的理论体系、研究方法、标准和规范，研究和应用范围广泛并具有综合性。

该学科的研究目的在于设计和改进人-机-环境系统，是系统获得较高的效率和效益，同时保证人的安全、健康和舒适。

在了解数控机床的基础上，使用人机工程学相关知识对机床进行改进设计，能够使得机床满足人的需求，提高操作者使用的舒适度，提高工作效率。

第一章绪论

1.1课题背景

数控机床是现代高科技机电产品的一种重要设备,正在被广泛地应用于加工制造业的各个领域，而随着微电子技术和计算机技术的发展,现代数控机床的应用领域也日益扩大，相应地对提高数控机床效率的研究也越来越被人们所重视。

数控机床的工作质量不但取决于机器本身的性能和质量,还取决于操作者,也就是取决于该系统中人机系统的功能质量，只有当操作者与机器的节奏相协调时才能发挥出最高的效率。

然而目前在设计数控机床的时候由于很少从人机工程方面进行考虑,对人机系统缺乏必要的实验和研究,造成直到机器生产出来投入使用时,才发现由于人机系统不合理,导致操作人员不能舒适地使用机床，使得机器的效率不能很好发挥出来,甚至危及操作者人身安全。

最后不得不付出很高的代价,拖延大量时间对机器进行改造,这种修补又难以使人机关系得到彻底改善【1】。

针对这种情况从人机工程的角度对机床外观造型进行设计改善。

1.2课题意义

通过运用人体测量学、色彩心理学的知识对数控机床各外观部件的结构、色彩效果进行分析改进，进而能够让用户在操作的时候处于舒适、准确和高效的工作状态。

同时运用人机工程学理论对机床的整体造型进行分析，使得机床造型与环境处于和谐状态，机床造型清新优美、人性化能够给人心理与生理一种安全感。

通过这一系列的改进能够使得机器具有“情感”，变得易学、易懂、易操作，拉近人与机器的距离，让用户在操作机床的时候能够更加的舒适方便【2】。

这样不但提高了人机效率，而且还减少了机床维修的成本，提高了国内数控机床在国际上的市场竞争力，更推动了数控机床的向前发展。

1.3国内外研究现状

科学技术的高度发展已经逐步渗透入机床设计领域,现代机床设计全过程的计算机化程度也越来越高,可以说机床设计已经逐渐步入了计算机辅助设计阶段,而属于机床设计一个重要组成部分的人机工程设计也应当利用计算机辅助的手段获得进一步的发展。

目前流行的设计方法是计算机辅助人机工程设计——CAED（ComputerAidedErgonomicDesign）,即在计算机及其相应的计算机辅助人机设计系统的支持下,进行工业设计领域内与人机工程相关的各类创造性活动【3】。

现在国际上计算机辅助人机工程设计领域的研究热点主要在于人机工程设计软件的开发方面。

国际上一些大的汽车公司在通用的商业CAD/CAM软件基础上开发自己的车身布置专用软件,例如基于CATIA的RAMSIS软件等。

最早致力于数控机床布置研究的英国某小组已经研究出了多个计算机辅助控制面板布置程序，如AUTOMAT、NULISP、CAPABLE等。

国外的数控机床已经开始实现了机电一体化。

机电一体化是在信息技术的迅速发展、向机械工业领域迅速渗透、机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合运用各种先进技术，从系统理论出发，根据系统功能目标和优化组织结构目标，以智力、动力、结构、运动和感知组成要素为基础，对各组成要素及其间信息处理、能量变换进行研究，使得整个系统有机结合于综合集成，并在有序信息流的控制下，形成物质与能量的有规则运动，在高功能、高质量、高性能等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统的工程技术。

近年来我国的一些大学和研究所作了研究与探索工作，一些新的机床设计研究方法也相继出现，例如昆明理工大学机电工程学院相关研究人员研究过基于人机工程学的数控机床控制面板设计和机床造型设计，但仅限于一般性设计理论的提出,并未将其应用化,且其研究内容并不包括人机检测部分。

湖南大学赵江洪教授所带领的科研团队开发了数控机床ICAID原型系统,该系统重点是针对网络环境下的数控机床设计而开发,在人机设计方面更为注重的是设计知识参考的提供和操作过程的研究,在人机检测和视域设计方面的研究尚未涉及到【3】。

我国对于数控机床首创了XNZD2415型数控龙门混联机床，该机床充分吸收并联机床的配置灵活与多样性和传统机床加工范围大的优点，通过两自由度平行四边形并联机构形成基础龙门，在并联平台上附加两自由度串联机构的A、C轴摆角铣头，配以工作台的纵向移动，可完成五自由度的运动。

该构型为国际首创。

由上述国内外对数控机床的人机工程设计研究现状可以看出国内对机床的人机研究与国外存在着一定的差距。

国内在研究较多的软件UG上所开发的人机模块多是针对汽车行业的,专门针对机床产品的人机检测的软件模块非常少见，而且某些研究方法还不够完善，需要在人机研究方面给予更多的关注。

1.4课题内容

1．提出：

在整个人机系统中机床要由人操作使用来实现其功能，机床功能的实现很大程度上取决于人使用的好坏，而人机交互的过程影响着操作者使用机床的状态，因此使用人机工程学对机床造型进行改善，让机床以易懂、安全、舒适、亲切的方式呈现给使用者，为使用者创造良好的人机交互环境。

在对机床造型进行改善设计时，根据数控机床的工作功能与操作特点，对其进行人机工程学的系统研究，分别从数控机床外观造型人机分析、数控机床控制面板人机界面研究、机床色彩人性化设计研究、机床标牌人性化研究等方面进行研究，使机床设计在其功能性、操作性的基础上加入人的因素，将人作为设计的主题，做到以人为本。

2．解决方法：

UG软件建模，用一定的测量手段对数控机床的关键尺寸进行测量，然后运用UG软件根据测量得到的数据建立机床模型，根据模型分析机床关键尺寸是否满足人体尺寸要求，最后再根据分析结果提出改进。

3．设计内容：

数控机床通过机床门、控制面板、观察窗等外观部件以及机床的着色效果给人以直观的感受，能够直接影响到用户的生理心理状况。

在课题中针对这些影响因素，采用一定的测量技术测量其关键尺寸，通过UG软件建模分析机床是否满足人体的关键尺寸，根据分析结果提出改进方案。

为了让用户能够舒适轻松的使用机床，在人体测量学、色彩心理学的基础上对机床的操作面板、观察窗、把手等部件进行造型及尺寸的改进，使得机床各外观部件与机床整体造型相协调，机床整体造型与外部工作环境相协调。

除了机床的造型尺寸与人的感觉直接相关，机床的着色效果也对用户的心理产生直接的影响。

根据机床的外观部件的不同功能、对机床整体功能的影响程度，进行特殊的色彩处理，使得用户能够获得心理安全感，并且能够根据颜色迅速获取机床表达的信息，提高人机系统的效率。

第二章人机工程学与数控机床关系

2.1人机工程学概念

人机工程学就是按照人的特性设计和改进人-机-系统的科学。

为了实现人-机-环境之间的最佳匹配，人机工程学把人的工作优化问题作为追求的重要目标。

其标志是使处于不同条件下的人能够高效、安全、健康、舒适地工作和生活。

2.2人机工程学发展史

自从有人类文