数控机床防护造型的设计原理

　　【编者按】数控机床在所有生产设备中的地位无疑是举足轻重的，各类机床被广泛应用于工业生产与发展之中。本文介绍数控机床防护造型的设计原理。

　　在现代工业生产中，数控机床在所有生产设备中的地位无疑是举足轻重的，各类机床被广泛应用于工业生产与发展之中。在发挥极大作用的同时，人们将机床防护外观的安全保护性能及其造型摆在了极其重要的位置。目前，我国的高档机床及功能部件大多数依靠进口，我国机床市场现状不是很乐观。通过借鉴和研究国外先进制造技术，进一步完善数控机床的各项性能指标的同时，还应该从人机工程学的角度对数控机床外观造型进行研究，提高其宜人性设计水平，改善人-机-环境系统的协调、统一关系，使机床更具有市场竞争力。（参阅  数控机床加工过程中的“撞车”问题 ）

　　1、数控机床防护的设计原则

　　数控机床防护的设计应遵循安全防护装置的设计原则：
　
　　①以人为本的设计原则。设计安全防护装置时，首先要考虑人的因素，确保操作者的人身安全；

　　②安全防护装置必须安全可靠的原则。

　　安全防护装置必须达到相应的安全要求，保证在规定的寿命期内有足够的强度、刚度、稳定性、耐磨性、耐腐蚀和抗疲劳性，即保证其本身有足够的安全可靠度。安全防护装置的设计还要充分考虑可能发生的不安全状态。如误操作、意外事件、突发事件等特殊情况。数控机床防护是隔离防护安全装置，因此在设计中要解决人机系统的安全问题，首先考虑的是人的安全。隔离防护安全装置就是专为保护人身安全而设置的。该装置是安装在数控机床上的防护罩，是用来防止人进入危险区与外露的高速运动或传动的零件或带电导体等接触受伤害，或飞溅出来的切屑、工件、刀具等外来物伤人。

　　2、设计原理　

　　随着计算机及现代化设计方法的发展，计算机在设计中的应用发展对新产品的开发步骤与过程亦发生了巨大的变化。以计算机技术、仿真技术和信息技术为支撑的虚拟产品设计，使新产品开发的设计与制造流程向着数字化、集成化的方向发展，在虚拟环境中，对产品进行构思、设计、分析和测试，摆脱了传统的产品开发的设计过程，二维设计向三维设计转变，几何模型向虚拟的产品模型转变，实现了产品的设计评价、测试分析，使试生产与装配过程逐步由计算机仿真技术的虚拟装配过程所替代，从而解决了企业在产品开发过程中速度、质量、成本和服务的问题，大大提高了企业在市场中的竞争力。

　　人机工程学在我国也称为人机环境系统工程、人体工程学、人类工效学、工程心理学、宜人学、人的因素等)是研究人、机及环境之间相互作用的科学，通常是指研究如何使设计的机械设备系统或人机系统、人机环境系统最大限度地适合人类的形态、生理和心理特征，以求达到安全、舒适、高效生产和工作的目的．人机工程学在其自身发展过程中，逐步打破了各学科之间的界限，并有机地融合了各相关学科的理论，不断地完善了自身的基本概念、理论体系、研究方法以及技术标准和规范，从而形成了一门应用研究范围极为广泛的综合性学科。

　　产品设计五个阶段中需要进行的人机工程设计内容：

　　（1）规划阶段：

　　 a．考虑产品与人及环境的全部联系，全面分析人在系统中的具体作用。

　　 b．明确人与产品的关系，确定人与产品关系中各部分的特性及人机工程要求设计的内容。

　　 c．根据人与产品的功能特性，确定人与产品功能的分配。

　　（2）方案设计：

　　 a．从人与产品，人与环境方面进行分析，在提出的众多方案中按人机工程学原理进行分析比较。

　　 b．比较人与产品的功能特性、设计限度、人的能力限度、操作条件的可靠性以及效率预测，选出最佳方案。

　　 c．按最佳方案制作简易模型，进行模拟试验，将试验结果与人机工程学要求进行比较，并提出改进意见。

　　 d．对最佳方案写出详细说明：方案获得的结果、操作条件、操作内容、效率、维修的难易程度、经济效益、提出改进意见。

　　（3）、技术设计：

　　 a．从人的生理、心理特性考虑产品的构形。

　　 b．从人体尺寸、人的能力限度考虑确定产品的零部件尺寸。

　　 c．从人的信息传递能力考虑信息显示与信息处理。

　　 d．根据技术设计确定构形和零部件尺寸，选定最佳方案，再次制作模型，进行试验。

　　 e．从操作者的身高、人体活动范围、操作方便程度等方面进行评价，并预测还可能出现的问题，进一步确定人机关系可行程度，提出改进意见。

　　（4）、总体设计：对总体设计用人机工程学原理进行全面分析，反复论证，确保产品操作使用与维修方便、安全与舒适，有利于创造良好的环境条件，满足人的心理需要，并使经济效益、工作效率均佳。

　　（5）、施工设计：检查施工图是否满足人机工程学要求，尤其是与人有关的零部件尺寸、显示与控制装置．对试制出的样机进行全面的人机工程学评价，提出需要改进的意见，最后正式投产。 

　　3、外观造型的宜人性设计

　　由人机工程学原理可知，产品的功能特点是通过人的使用体现出来的，而产品的结构形式是体现其功能的具体手段。数控机床的外观造型不仅要体现其功能的科学性、使用的合理性，还要考虑到舒适、安全、省力和高效等功能。要科学地利用人一机一环境３个要素之间的有机协调，创造良好的生产环境。

　　工业造型设计的原则之一是构成造型形体大轮廓的几何线型要大体一致，达到线型风格的协调统一。数控机床的防护基本上由钢板弯折制成，主要用于安全防护，不影响机床的主要功能，因此在造型设计上有更多的创新自由度。目前，数控机床的整体造型多以直线为主，板间的过渡经常采用圆角或斜面，这体现了简洁、明快和干净的设计理念。

　　色彩是最具视觉冲击力和表现力的，数控机床的色彩效果会直接影响人们对机床的第一印象。数控机床的色彩不仅可以反映出机床的整体设计水平，而且对操作者的生理、心理和整个作业环境都产生直接影响。良好的数控机床外观件色彩有利于用户提高劳动效率并改善用户的工作条件。因此，外观件的色彩设计在数控机床造型设计中占有重要的地位。

　　通过对数控机床防护外观造型的以人为本的设计，使产品开发研制的过程为可视化，可以缩短产品的开发研制周期，降低成本，使产品在市场上更加具有竞争力。另外，合理美观的造型设计、宜人的色彩、舒适的表面质感可以在机床市场竞争中吸引更多的用户，争取更高的市场占有率，创造更多的经济价值，从而振兴我国的数控机床产业。

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