人機工程學在機床夾具設計中的應用

　  摘要： 隨著現代化工業的發展，人機工程學的應用越來越受到人們的重視。應用人機工程學的原理對機床夾具設計的工作效率、人的健康與安全、人機環境的最佳匹配等三個方面進行探討，使夾具設計能達到人、機、環境的協調統一。
　　關鍵詞： 人機工程學；夾具設計；人機環境；以人為本

　　0 引言
　　隨著現代化工業的發展，人機工程學的應用越來越受到人們的重視。人機工程學是研究人、機及環境相互作用的學科[1]，研究人和機器以及環境的相互作用，研?a href='//' target='_blank'>咳嗽詮ぷ鰲⑸?鈧性躚?拍芄煌騁豢悸槍ぷ饜?省⑷頌褰】怠?踩?褪媸實任侍猓?前訝耍???肪誠低徹こ淘擻孟低晨蒲?枷牒拖低徹こ譚椒ǎ??反?砣恕⒒?⒒肪橙?笠?氐墓叵擔?教秩嘶?肪誠低匙鈑拋楹系囊幻趴蒲В?綰問迪秩耍???肪誠低車淖鈑拋楹鮮俏頤茄芯康暮誦奈侍狻Ｒ延醒芯勘礱鰨?諫杓啤⑸??杏τ萌嘶?こ萄?潛匾?陀行У腫2]。本文利用人機工程學的原理對機床夾具設計過程中的有關工作效率、人的健康、安全和人機環境匹配等幾方面進行探討。
　　1 基於人機工程學的設計內容
　　將人機工程學應用於機床夾具設計過程應當包含兩個方面：1）應用是全過程的；2）應用是全方位的。全過程、全方位地應用人機工程學進行夾具設計，不僅體現其功能的科學性、使用的合理性，還要考慮到舒適、安全、省力和高效等功能[3]。人機工程學在夾具設計中的應用要體現在夾具設計的每個階段，具體內容如下：
　　按照這個要求，機床夾具設計從工作效率、人體健康、安全和人機匹配幾個方面來進行。
　　1.1 工作效率
　　機床夾具設計的總體目標就是“優質、高效、低成本”，在保證質量的前提下，高效率是我們追求的一直追求的重要方面，所謂“高效”是指夾具的工作效率最高，使用價值最大，這是對夾具設計提出的最根本要求之一。在夾具設計中，除了按照生產綱領合理配置夾具的定位裝置、夾緊裝置、對刀或導向裝置、分度裝置等夾具各個組成部分的自動化程度，提高生產效率外，裝、夾動作應準確、迅速、操作方便，安全省力[5]；各個部分的操作手柄、槓桿、開關、顯示裝置或其它輔助工具應放在操作者的最大工作範圍之內，並且要儘可能靠近操作者，但應避免放在操作者的正前方?a href='//' target='_blank'>野炊?魎承蚪?信帕杏氬賈茫揮κ共僮髡呤忠貧?木嗬牒鴕貧?問?繳僭膠茫患芯呱系母髦植僮骰?溝奈恢糜?×渴共僮髡咴謔褂檬輩桓謀浠蚣?俑謀瀋硤邐恢茫瘓】贍懿捎昧??薪艋?埂４傭?醵談ㄖ?奔洌?岣呷說墓ぷ饜?省?br /> 　　1.2 人體健康、安全
　　所謂“安全”是指在系統中不出現人體的生理危害或傷害。在夾具設計中，要堅持“以人為本”的基本指導思想，夾具設計應安全可靠，確保操作者的人身安全。對於存在離心力的夾具，需採取的平衡措施，方法有兩種，一是在較輕的一側加平衡塊，平衡塊的位置最好可以調節。二是在較重的一側加減重孔[5]。設計夾緊裝置時，為防止工件在加工過程中因振動而鬆動，夾緊裝置要有足夠的夾緊力和自鎖效能；夾緊裝置的自鎖裝置效能應可靠，以防止產生鬆動，致使工件有飛出的危險；對於存在衝擊載荷的夾具設計時，夾緊力大小要求保證工件夾緊可靠，施力方向和作用點要恰當，必要時可採用輔助支承和浮動夾緊裝置，以提高夾緊剛度，因此夾具各元件要具有足夠的強度和剛度。在設計和佈置定位元件時，應儘量使主要支承面大些，定位元件的支承之間要儘量遠些；還要注意防止夾具上的元件與機床的迴轉件相碰，引發安全事故。夾具上儘可能避免有尖角或突出夾具體（或機床）輪廓之外的元件，必要時應加防護罩。
　　安全防護裝置的設計可以分為兩個部分：為保證安全設定在機床上的防護裝置設計和個人防護用品設計。防護裝置設計的結構和佈局應設計合理，防止人體各部位均不能直接進入危險區，主要包括防止人的誤操作而引發的事故，要有防誤撞裝置，比如可以增大操作阻力或按鈕保護蓋板；防止操作者誤入危險區而設定的安全防護裝置，比如設定防護網或防護擋板；為防止切屑、切削液飛濺而危害操作者的健康和安全，可設定防護罩或防護擋板。安全防護裝置與夾具的配套設計，防護裝置設計要保證操作者容易對加工區進行觀察。最好有通過對系統進行自動監測與診斷的方式去避免或排除故障、避免事故發生的裝置。個人防護用品設計應符合人體工程學，包括防塵、防潮、隔聲用品的設計，為操作者提供良好的工作條件，減少不必要的危害。
　　1.3 人機環境之間的最佳匹配
　　人－機－環境系統強調“機宜人”、“人宜機”，將人、機、環境這三個要素看成一個相互作用、相互依賴的系統，並用系統工程的方法使系統處於最佳的工作狀態。要使人、機、環境三大要素相互之間達到最佳匹配，就要使人－機關係、人－環關係、人－機－環境關係的總體設計要合理。夾具的設計要符合人的生理、心理特點；工作環境要符合人的特性。
　　在機的總體佈局時，夾具的高度應使操作者可以變換操作姿勢，可以坐、站交替，具有舒適感；夾具的操作手柄、槓桿、開關、顯示裝置或其它輔助工具應與人體尺寸相適應（人體平均身高大約1700mm），絕大多數人習慣用右手操作工具和做各種用力的動作，這一事實在人機系統設計時應該予以考慮。夾具設計要能夠降低工人的勞動強度和對工人的技術水平要求，雙手和身體的動作應該儘量以減少不必要的體力消耗為準則，過度消耗體力容易引發安全事故；夾具的結構工藝性要好，便於製造、裝配、調整、檢測和維修。維護作業應滿足人的要求，維護時間要短、維護費用低，滿足與維護有關的可靠性與安全性的要求；夾具的檢查點、潤滑點以及液壓氣壓系統的維護點都要佈局在便於接近的位置；顯示器應儘可能安排在視野中心範圍之內，使人的視覺效果最優，避免產生視覺疲勞。
　　夾具使用過程中的噪聲、粉塵、切削液對人體、環境的汙染也是不容忽視的，切削過程中的噪聲、粉塵、切削液往往會對操作者造成身體傷害、會對環境造成汙染，在夾具設計時，就要考慮對噪聲、粉塵、切削液等汙染物進行防治。
　　2 結束語
　　隨著我國社會和科技的發展，人們對工作條件、生活品質的要求會越來越高，對產品的人機工程特性也越來越重視。提高採用人機工程學原理設計的機床夾具，使人機環境的關係更加協調，對提高企業生產率、降低綜合成本，對構建和諧社會具有十分重要的意義。
　　參考文獻：
　　[1]丁玉蘭，人機工程學[M].北京理工大學出版社，2005.
　　[2]Abrahamson L.Production economics analysis of investment initiated to improve working environment[J].Appl.Ergon.2000，31（1）：1-7.
　　[3]吳強等，基於人機工程學的設計實踐[J].機械設計與製造，2007（6）：45-47.
　　[4]馬江彬，人機工程學及其應用[M].機械工業出版社，1993.
　　[5]陳根琴，機械製造技術[M].北京理工大學出版社，2007.