【文章內(nèi)容簡介】 第四章 基本尺寸設(shè)計數(shù)控機床是現(xiàn)代高科技機電產(chǎn)品的一種重要設(shè)備,正在被廣泛地應(yīng)用于加工制造業(yè)的各個領(lǐng)域，運用人機工程學(xué)的相關(guān)知識，以標(biāo)準人體尺寸來設(shè)計機床尺寸，讓機床符合人的需求，提高人機工作效率。 基本操作姿勢操著者使用數(shù)控機床采用立姿工作體位，該體位具有以下特點：①可活動的空間較大；需經(jīng)常改變體位，立位比頻繁起坐消耗能量少；手的力量增大，即人體能輸出較大的操作力；減少作業(yè)空間，能夠較好的使用有一定高度的顯示器、控制器。②不易進行細致和精確的作業(yè)；不易轉(zhuǎn)換操作，立姿時肌肉要做出更大的功來支持體重，容易引起疲勞；長期站立容易引起下肢靜脈曲張等。操作者操作機床時，身體站直與機床保持一定距離，右手操作面板，雙眼在顯示屏與工件之間來回關(guān)注；更換工件時，需要移動身體，手與肘持平并握住門把手推拉機床門。 數(shù)據(jù)使用方法在對數(shù)控機床進行基于人機工程學(xué)設(shè)計的時候，使用標(biāo)準人體尺寸數(shù)據(jù)時，采用以下使用準則：①使用最新人體數(shù)據(jù)準則。②合理選擇百分位和適用度準則。③平均性準則。④可調(diào)性準則。⑤功能修正與最小心理空間相結(jié)合準則。有關(guān)標(biāo)準公布的人體數(shù)據(jù)是在裸體、不穿鞋的條件下測得的，而設(shè)計中所設(shè)涉及的人體尺度是在穿衣服、穿鞋甚至戴帽條件下的人體尺寸。因此，考慮有關(guān)人體尺寸時，必須給衣服、鞋、帽留下適當(dāng)?shù)挠嗔?，也就是?yīng)在人體尺寸上增加適當(dāng)?shù)闹b修正量。所有這些修正量總計為功能修正量。于是，產(chǎn)品的最小功能尺寸可由下式確定 Xmin = Xa + ⊿f (41)式中，Xmin為最小功能尺寸（mm）；Xa為第a百分位人體尺寸數(shù)據(jù)（mm）；⊿f為功能修正量。功能修正量隨產(chǎn)品不同而異，通常為正值，但有時也可能為負值。對姿勢修正量的常用數(shù)據(jù)是：立姿時的身高、眼高減10mm,坐姿時的坐高、眼高減44mm?？紤]操作功能修正量時，應(yīng)以上肢前展長為依據(jù)，而上肢前展長是后背至中指尖點的距離，因而對操作不同功能的控制器應(yīng)作不同的修正。如按鈕開關(guān)可減12mm。推滑板推鈕、搬動搬鈕開關(guān)則減25mm?！?】 正常人著裝和穿鞋修正量項目尺寸修正量/mm修正原因站姿高25~38鞋高坐姿高3褲厚站姿眼高36鞋高坐姿眼高3褲厚肩寬13衣胸寬8衣胸厚18衣腹厚23衣立姿臂寬13衣坐姿臂寬13衣肩高10衣（包括坐高3mm及肩7mm）兩肘間寬20肩肘8手臂彎曲時，肩肘部衣物壓緊臂手5結(jié)合上述人體尺寸使用準則，得到更加合理的尺寸，使得操作者能夠更加舒適的工作，提高效率。 基本人體尺寸 性別 項目男女5%50%95%5%50%95%身高158316781775148415701659上臂長289313338262284302前臂長216237258193213234眼高147415681664137114541541肘高954102410968999601023肩高128113671455119512711350手功能高216237258193213234肩寬344375403320351377最大肩寬398431469363397438手長170183196159171183手寬768289707682立姿雙手上舉高197121082245184519682089立姿雙手功能上舉高186920032138174118601976立姿雙手左右平展寬157916911802145715591659立姿雙臂功能平展寬137414831593124813441438立姿雙肘平展寬816875934756811869注：尺寸均為裸體測量結(jié)果，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)各地區(qū)不同的著衣量進行修正 基本尺寸設(shè)計 控制面板控制面板是由操作者站立在其面前一定距離進行操作的。圖41 立姿作業(yè)范圍距離設(shè)計：操作者工作時與面板的距離根據(jù)前臂手前伸長來確定，考慮其屬于可觸及類距離設(shè)計，因而采用5百分位，女性5百分位尺寸是383mm，男性5百分位尺寸是416mm，得到人與面板的距離是（383 + 416）/ 2 = ,考慮人工作時的姿勢修正，最終得到人與面板的工作距離是400mm.高度設(shè)計：由圖41得立姿舒適的工作高度為1100mm~1370mm,再根據(jù)立姿時的鞋厚修正量30mm、姿勢修正量10mm,由公式Xmin = Xa + ⊿f求得修正高度是1300mm~1670mm，最終尺寸需要進行面板詳細設(shè)計后確定。 寬度設(shè)計：由圖41得知立姿時在580mm范圍內(nèi)操作者都能夠比較舒適的工作，因最終尺寸需要進行面板詳細設(shè)計后確定，故先將控制面板的寬保留為原始尺寸400mm。 面板顯示屏以人為本的顯示器設(shè)計，主要考慮眼高、人眼視野等。人在觀察目標(biāo)的時候，如果目標(biāo)小于380mm會發(fā)生目眩，大于760mm時細節(jié)看不清，在560mm處最為適宜。操作者在操作面板時，眼睛離顯示屏的距離在400mm左右，符合上述要求。高度設(shè)計：人立姿時的視野在視平線以下10176。左右，顯示屏的高度應(yīng)該在這個范圍內(nèi)，這樣能夠讓眼睛舒適的視物，減少眼睛的疲勞。圖42 垂直視野尺寸高度類設(shè)計使用平均性準則。男性50百分位眼高是1568mm,女性50百分位眼高是1454mm，平均眼高為（1568 + 1454）/ 2 = 1511mm，人站立時的穿鞋修正量是36mm,姿勢修正量是10mm，根據(jù)公式（41）求得最小眼高尺寸為Xmin = 1511mm + 36mm－10mm = 1537mm。如圖42所示，顯示屏下限高為1537mm－ = ，~1537mm高度范圍內(nèi)，能夠讓操作者舒適的觀察顯示屏，考慮到心理修正量，最終將高度定為1390mm~1510mm，高120mm。寬度設(shè)計：當(dāng)人的頭部和眼球都固定不動時，176。~3176。內(nèi)辨認物體最清晰，為中心視力范圍；3176。~18176。內(nèi)視物暫短，比較清晰，為片刻視力范圍；18176。~30176。內(nèi)必須集中注意力，才能看清目標(biāo)，為有效視力范圍。 圖43 水平視野尺寸如圖43水平視野尺寸所示，當(dāng)人離目標(biāo)400mm時，；~；~。操作時眼睛應(yīng)該轉(zhuǎn)動較少的角度、使用較少的時間來定位目標(biāo)。考慮視野余量最終確定寬度為155mm。 門把手門把手主要用于操作者推拉機床門。在使用把手的時候，操作者用手握住把手，前臂以肘關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而推拉把手。故根據(jù)肘高來確定把手中心高度，根據(jù)手掌尺寸確定把手直徑。高度：~1410mm滿足人們的工作需求，現(xiàn)在作詳細的分析：,女性肘高為960mm，平均肘高為（1024 + 960）/ 2 = 992mm，得到最小功能肘高為992mm + 36mm = 1028mm，在970mm~1410mm范圍內(nèi)，所以門把手高度采用原始尺寸。當(dāng)手握住門把手時，若其直徑過小，會容易引起肌肉過度緊張；直徑過大，則手難以握牢。~25mm,最大不超過75mm。因而保留原把手直徑尺寸23mm。設(shè)計好的門把手如圖44所示：圖44 把手設(shè)計效果圖第五章 人機界面設(shè)計 人機界面概述人機界面設(shè)計在數(shù)控機床設(shè)計中有著極其重要的地位，若人機界面設(shè)計不合理會容易導(dǎo)致操作人員的操作失誤，降低系統(tǒng)運行的效率。在人機界面上，向人表示機械運行狀態(tài)的儀表或器件叫顯示器，供人操縱機械運轉(zhuǎn)的裝置或器件叫控制器。對機械來說，控制器執(zhí)行的功能是輸入，顯示器執(zhí)行的功能是輸出。對人來說，通過感受器接受機械的輸出效應(yīng)（如顯示器所顯示的數(shù)值）是輸入；通過運動器操縱控制器，執(zhí)行人的意圖和指令則是輸出。如果把感覺系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和運動系統(tǒng)為人的三要素，而把機械的顯示器、機體和控制器作為機械的三個要素，并將各要素之間的關(guān)系用圖表示出來，叫做人機界面三要素基本模式【6】，如圖51所示：圖51 人機界面基本模型人機界面設(shè)計主要是指顯示器、控制器以及它們之間的關(guān)系的設(shè)計，應(yīng)使人機界面符合人機信息交流的規(guī)律和特性。由于機器的物理要素具有行為意義上的刺激特性，必然存在最有利于人的反應(yīng)刺激形式，所以人機界面的設(shè)計始終是以系統(tǒng)中的人為主體的。 顯示器設(shè)計 刻度線1．刻度線高度刻度線分為長刻度線、中刻度線和短刻度線，其高度與視距有關(guān)。 視距與刻度線高度視距/m刻度線高度/mm字符高度/mm長刻度線中刻度線短刻度線~~~40~已知操作者的視距是400mm,，。2．刻度線寬度與間距刻度線之間的間距要適當(dāng)。太小不方便試讀，當(dāng)小于1mm時，試讀誤差明顯增大；而太大又不經(jīng)濟。當(dāng)最大視距為L（mm）時，各刻度線的最小尺寸可由下列各式求出。長刻度線高度：L/90mm 刻度線寬度：L/5000mm中刻度線高度：L/125mm 短刻度線間距：L/600mm短刻度線高度：L/200mm 長刻度線間距：L/50mm已知人的最佳視物距離是560mm，；；，；。根據(jù)伍德森建議：。短刻度線寬度至少為刻度間距的23%。綜合上述條件得出以下刻度線尺寸：長刻度線：，；中刻度線：，；短刻度線：。具體效果見圖52：圖52 刻度線效果圖 字符旋鈕周圍字符的形狀應(yīng)簡明、醒目、易讀，多用直角與尖角形，以突出各個字符的形狀特征，避免相互混淆。字符的大小應(yīng)根據(jù)視距而定，也可由下式求得