人機工程學在機床夾具設計中的應用

General 更新 2024年10月31日
   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.
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  [5]陳根琴,機械製造技術[M].北京理工大學出版社,2007.

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