加工中心是由機械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用于加工復(fù)雜工件的高效率自動化機床，它是目前世界上產(chǎn)量高、應(yīng)用泛的數(shù)控機床之一［1］。在加工中心的屏蔽門上大多有能夠識別的、有透過性的觀察窗。 觀察窗是輔助操作者了解內(nèi)部機床工作狀態(tài)的重要部件，操作者監(jiān)視機床工作狀態(tài)和觀察工件加工都需通過觀察窗來進(jìn)行。這種通過直接觀察所獲取的加工狀態(tài)信息同控制面板上的顯示數(shù)據(jù)一起構(gòu)成了加工中心對個人反饋，對操作者更好的完成加工任務(wù)具有重要指導(dǎo)作用［2］。操作者對加工狀態(tài)的觀察和監(jiān)視控制十分頻繁，如果觀察窗設(shè)計不合理，會使操作者在觀察 時感到不適，進(jìn)而對加工狀態(tài)信息的獲取產(chǎn)生影響，因 此觀察窗的人性化設(shè)計顯得尤為重要。
在現(xiàn)有對加工中心觀察窗的研究中，李世葳［3］通過對機床外罩選用透明材料構(gòu)成觀察窗來增加機床工 作區(qū)的可視性; 張鐵成［4］利用 core 對觀察窗進(jìn)行了人機仿真分析; 范含晶［5］、孫旭東［6］通過對觀察窗結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行優(yōu)化，使之具有較好的強度和透明度; 藤井隆亮［7］通過為觀察窗加裝具有自動控制功能的擋板 來保持觀察窗的清潔; 李倩［8］基于人的視覺特征對加工中心觀察窗的尺寸展開了研究。作為一種觀察和了 解機床工作狀態(tài)與工件加工情況的重要人機界面，觀 察窗的設(shè)計不僅要達(dá)到“可觀察”、“能觀察”的目標(biāo)， 而且應(yīng)符合人機學(xué)原理滿足“易觀察”、“宜觀察”的要 求。由于目前國內(nèi)外運用人機工程學(xué)理論專門針對加 工中心觀察窗的設(shè)計方法展開的深入研究還相對較 少，并且缺乏相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則以及評價模型。人們在 加工中心觀察窗的設(shè)計時更多注重的是功能的實現(xiàn)問 題，卻很少考慮對人因( 和心理) 的影響，其宜人性等難以符合人機學(xué)要求。
本文以國產(chǎn)μ2000－630hf 臥式加工中心為例，研究面向人因的加工中心觀察窗設(shè)計方法。面向人因的 設(shè)計方法可以保障人在觀察時的安全前提下，同時使人能在自然舒適的狀態(tài)下實現(xiàn)對加工過程信息快速且 準(zhǔn)確的獲取。在各種型號的加工中心以及數(shù)控機床的 觀察窗設(shè)計中都可以從可視性、宜人性和安全性等方面出發(fā)，采用面向人因的設(shè)計方法來提高觀察窗的實用性和人性化程度。
1 加工中心觀察窗人機學(xué)設(shè)計準(zhǔn)則
在滿足觀察窗基本功能的前提下，對觀察窗進(jìn)行人機學(xué)設(shè)計，主要滿足可視性、宜人性和安全性等要求。
1. 1可視性準(zhǔn)則
可視性是指操作者透過觀察窗能夠清晰地看到機 床加工過程中的各種必要視覺信息。它取決于觀察路 徑上是否存在視線遮擋以及觀察者的視野范圍和視覺 清晰程度。
( 1) 視野范圍要求
如圖 1 人的視野即在其頭部和眼球固定不動的情況下，其眼睛觀看正前方物體時所能看到的視覺范圍 ( 常用角度表示) ［9］。根據(jù)人機學(xué)原理，水平方向上人的雙眼視區(qū)在 62°左右，人的可視錐為 30°即視野范圍位于標(biāo)準(zhǔn)視線左右各 15° 的區(qū)間內(nèi); 而垂直方向上人站立時自然舒適的視線低于水平線 10°，坐著時低于水平線 15°，垂直方向上人站立時的視野為水平線上 5°到水平線下 25°之間。