数控加工中心是一种能自动切换不同刀具进行复杂零件加工的自动化机床,被广泛运用于现代制造业。但是,其复杂多样的功能,以及具有一定危险性的操作,导致用户需要花费大量时间熟悉其操作方式,且容易产生心理负担和生理疲劳。同时,随着用户对产品人性化需求的提高,为增强产品的市场竞争力,企业不仅需要提高数控加工中心的加工性能,还应注重其在人机交互方面的研发设计。在数控机床的现有研究中,缺少对数控加工中心的软件交互流程的研究,仅涉及硬件或软件的单一方面研究,并且针对机床用户的细分程度不足,缺乏在人-机-环境交互系统下硬件和软件的整体性研究。由于数控加工中心的种类众多,本论文将以三轴立式数控加工中心为研究对象,对其人机交互界面设计进行系统性研究。针对现有研究不足之处,本文开展的研究工作如下:首先,分析整理国内外数控机床的研究现状,基于此,确定本论文的研究方法与组织架构;其次,梳理人机交互的定义与发展,提出数控加工中心的人机界面的组成与设计流程;然后,将用户群体细分为新手、中间和专家用户,并对两款新型立式数控加工中心的用户进行实地观察、现场访谈和问卷调查,归纳整理出用户的需求和问题,建立用户的人物角色模型;接着,在硬件界面的交互分析中,利用人体测量数据,确定人机交互的视觉范围和作业空间,并结合人因工程相关的计算方程,以及前期用户研究成果,确定加工中心交互硬件的尺寸位置和结构设计。同时,对比分析两款主流数控系统的软件界面设计,总结出加工中心软件的设计原则,并提出车间环境的改善建议;最后,对立式数控加工中心的硬件和软件交互界面进行设计实践,并招募用户对最终设计方案进行评价。本论文研究成果与创新点如下,发现数控加工中心存在的人机界面问题有:观察窗视野清晰、按键操作复杂、信息展示缺少层次感、错误反馈不及时和局部照明不足等。整理归纳出用户对加工中心的需求主要表现在:外形美观、操作舒适性、人机位置合理化、信息的提示和反馈等方面。提出关于立式加工中心在尺寸位置、结构布局和外观方面的硬件交互界面设计原则,提出关于其系统软件在一致性、防错容错、界面布局等方面的软件交互界面设计原则,以及车间照明、噪声和温度的优化建议。针对中型三轴立式数控加工中心提出一套硬件和软件界面的创新设计方案,且用户对该方案的满意度达到预期水平。