摘 要：冰刀結構、冰刀研磨、運動服裝等非（fēi）運動員主體條件的技術（shù）創新不僅豐富了速度滑冰訓練理論的完善，對速度滑（huá）冰技術的改進亦起（qǐ）到決定性作（zuò）用（yòng）。短道速滑（huá）運動（dòng）員使用槽刃冰刀可（kě）以增大運（yùn）動員彎道滑行時法線方向冰刀與冰麵之間的（de）斜麵的支撐力，可以讓（ràng）運動員把（bǎ）身體向圓心方向傾斜的程度加大、產生更大的向（xiàng）心力，以更快的速度滑過彎道。在4 軸聯動數控磨床基礎上（shàng）設計一（yī）台專門加（jiā）工短道（dào）速滑冰（bīng）刀（dāo）槽刃的自動磨刀（dāo）機，技術關鍵是將冰（bīng）刀刀片與砂輪軸布置在同一水平麵上、使用（yòng）單斜邊砂輪，這樣才可以為短道速滑冰刀磨出（chū）槽刃。短道速滑冰刀槽刃數控自（zì）動磨（mó）刀機（jī）還包括工件夾具、電源、數控裝置（zhì）、輔助裝置等其他功能組件。

       目前，競技體育項目運動（dòng）成績的突破性發展與（yǔ）現代科學技（jì）術的進步，與多學（xué）科的互相（xiàng）滲透、交叉和應用密切相關。從速度（dù）滑冰項目的競賽成績的發展看，運動員是競賽的主體條件，其自身（shēn）的競技能（néng）力（體能、技能、戰術能力、運動智能、心理能力）的充分（fèn）展（zhǎn）現無不伴隨著競賽規則、比賽條（tiáo）件、競賽器材、裁判技術等客體條件（非運動技（jì）術條件）的創新而改變（biàn）。速度滑冰的（de）世界紀錄有六次（cì）較大幅度（dù）提高  ，可稱其為世界速滑現（xiàn）代史上的六大（dà）飛（fēi）躍，每次飛躍都伴隨著速滑場地、滑冰器材（cái）、冰刀研（yán）磨技術的創新 ，這些非運動員主體條件的（de）技術創新不僅豐富了速度滑冰（bīng）訓練理論的完善，對速度滑（huá）冰技術的改進亦起到決定性作用。尤其在運動員體能、技能、戰術能力、運動智能、心理能力相差無幾的情況（kuàng）下，充分（fèn）利用、改善客體條件，將對速度滑冰運（yùn）動員臨場心理的穩定性、競技能力的發（fā）揮起到（dào）積極的作用（yòng），並（bìng）成為提高運動成績的重（chóng）要途徑。

      運用運動成績（jì）提高的曆史觀和現（xiàn）代科（kē）技的（de）發展觀揭示冰刀（dāo）結構、冰刀研磨、運動服裝、檢測監控、場地環（huán）境，以及裁判係統等技術特性（xìng）影（yǐng）響運動成（chéng）績的關聯因素 ，這些客體條件的物理特性創造了運動者之間客觀的物理條件不（bú）平等性。對速滑運動員群體來說，非運動技術條件的利用是“人為創造差異條件”——創（chuàng）造運動者之間客觀（guān）物理條件的不（bú）平（píng）等，從而影響不同運動員（yuán）的成績，教練員、運動員對非（fēi）運動技術條件的（de）再挖掘（jué）、利用和創新有著不同尋常的意義 。在70 年代以前，我國磨刀機（jī）的工作都是由手工進行操作；進（jìn）入70 年代以來，我國開始使用電動磨刀機，大大提高了工作效率，除了進口外，還進行了研發 。短道速滑運（yùn）動員使用（yòng）現在的平刃冰刀不能滿足用最快的速度滑過彎道的要求（qiú），而使用象花樣冰（bīng）刀、冰球刀那樣的槽（cáo）刃冰刀可以增大運動員彎（wān）道滑行時法線方向冰刀與冰麵之間的斜麵的支撐力，可以讓運動員把（bǎ）身體向圓心方向（xiàng）傾斜的程度加大、產生更大的向心力，以更快的速度滑過彎道（dào）。我們在過去（qù）發表的文章《短道速（sù）滑運動員使用（yòng）槽刃冰刀的理論初探（tàn）》中用力學知識對（duì）這個論點（diǎn）進行了論證[17]，並且建議（yì）相關部門研製給（gěi）短道速滑冰刀加工槽刃的自動（dòng）磨刀機，請短道速滑運動員使用槽刃冰刀做滑行試驗（yàn）。

      目前，國內外還沒（méi）有能夠給短道速滑冰刀加工槽刃的（de）機器（qì），研製短道速滑冰刀自動磨機（jī）刀這一（yī）塊兒還是空白，如果中國能夠從（cóng）現（xiàn）在開（kāi）始研製給短道速滑冰刀加工槽刃的自動磨（mó）刀機，就可以占得先機，在短（duǎn）道（dào）速度滑冰運動（dòng）使用的設備、器材設計（jì）製造方麵取得專利，在滑（huá）行技術上領先對手，在短道速滑冰刀自動（dòng）磨刀機進（jìn）入實用階段開（kāi）始的幾年裏，中國運動員就有可能因此多奪得幾（jǐ）個世界冠軍。本文（wén）提出了一個短道速滑冰刀自動磨機刀的設計方案供讀者探討。

      1 、數控（kòng）自動磨刀機關（guān）鍵部件的選擇與安裝（zhuāng）

      現有的花（huā）樣冰刀（dāo）、冰球（qiú）刀加工槽刃（rèn）的自動磨刀機由於砂輪在磨削過（guò）程中損耗變形（xíng），為（wéi）花樣（yàng）冰刀（dāo）、冰球刀（dāo）磨出的槽刃如果高倍放大了看並不是真正的銳角劈，尖端發生（shēng）了鈍化（圖1），這種磨削方式加工出的槽刃不能用於短道速滑運動。要磨出真正（zhèng）的銳（ruì）角劈，就（jiù）要改（gǎi）目前磨花樣冰刀、冰球刀的自動砂（shā）輪磨刀機的立式布局形式（shì）為臥式布局形式 ，將冰刀刀片的正中（zhōng）麵與砂輪（lún）軸（zhóu）布置在同一水平麵上（圖2），這樣可以使砂輪（lún）的形狀在磨削過程中保持較（jiào）高（gāo）的真圓度，磨削後的刀刃接近理（lǐ）想的劈。

                                  圖1 冰球刀刃磨（mó）削示意

     
 
                             圖2 臥式布局時冰刀與砂輪相交示意

     因為短道速滑冰刀的刀片（piàn）形狀與花樣（yàng）冰（bīng）刀、冰球刀相比又窄又長，采用臥式布局形式以後要使砂輪能（néng）夠與（yǔ）較長的短道速滑冰刀刀片正麵（miàn）任何一點相切（qiē），又要使砂輪軸盡量短、保證砂（shā）輪軸的剛度，把砂輪軸與冰（bīng）刀（dāo）刀片的（de）矢狀軸呈（chéng）15 °左右夾角（jiǎo）布（bù）置，使用（yòng）為75 °的單斜（xié）邊砂輪可以解決難（nán）題（圖3）。

                                  圖3 冰（bīng）刀和砂輪布置示（shì）意
  
  

      
 
                                  圖4 功能模塊示意

      2 、數控（kòng）自動磨刀（dāo）機的微型4 軸聯動數主體功能模塊

     短道速滑冰刀的（de）刀片形狀除（chú）很窄很長外，與冰（bīng）麵接觸的部分在矢狀麵上呈一條曲率中心和曲（qǔ）率半徑逐點（diǎn）不同的曲線，短（duǎn）道速滑運動又（yòu）是一個競速項目，實現（xiàn）砂輪的斜邊中點（diǎn）與較長的刀片正麵（miàn）任何一點相切和很高的加工麵粗糙度等級，給短道（dào）速滑冰刀加（jiā）工槽刃的難度（dù）遠大於給花樣冰刀、冰球刀加工槽刃，複雜的進給動（dòng）作可（kě）以由一（yī）台4 軸聯動數控機床來完成。

      2.1 Z 軸

      采用臥式機床（chuáng），冰刀左右方向水平放置被夾（jiá）具固（gù）定，砂輪在水（shuǐ）平麵與冰刀矢狀軸平行方向上的（de）運動（dòng）為Z 軸（圖4）。傳遞切（qiē）削力的主軸（砂輪軸）與冰刀矢狀軸、Z 軸在同（tóng）一水平麵（miàn）上，但是主軸與Z 軸（zhóu）的方向並（bìng）不完全相同，與冰刀矢狀軸在水平麵上呈15o左右夾角（圖（tú）3）。因為短道速滑（huá）冰（bīng）刀的刀片幾（jǐ）何形狀狹長，要使砂輪在水平麵左右方（fāng）向運動，不受（shòu）阻礙地從刀尖開始磨（mó）削至刀尾（wěi），又要（yào）保證砂輪軸的剛度，就要使砂輪（lún）軸盡量短，就要使砂輪軸與冰刀矢狀軸有一定的（de）夾角。

      2.2 X 軸

     砂輪在水平麵上與Z 軸相垂（chuí）直的方向前後平移為X 軸，砂輪接近、接觸（chù）被夾具固定的冰刀刀片正麵產生正壓力或離開。因為冰刀刀片與冰麵接觸的部分在矢狀麵上呈（chéng）一條曲率中心和曲率半徑逐（zhú）點不同的曲線，在（zài）加工不同部位時為了使砂輪能夠（gòu）始終與刀片正麵接觸且壓力大小不變，要有使砂輪在水平方向前後平（píng）移進給的伺服機械（xiè）機構（圖4）。

      2.3 Y 軸

     砂輪在與Z、X 軸構成的平麵相垂（chuí）直的方向高低上下移動為Y 軸。為了保證冰刀刀片的內側劈和外側劈是對稱的、溝槽的最低點在冰刀刀片的正中（zhōng）麵上，砂輪（lún）軸（zhóu）與被夾具固定的冰刀刀片（piàn）的正中麵要在同一水平麵上（圖（tú）2），砂（shā）輪要能夠在高低方向上下微調移動。

      2.4 B 軸
 
 
      繞Y 軸的旋轉軸。因為冰刀刀片與冰麵接觸的部分（fèn）在矢狀麵（miàn）上呈一條（tiáo）曲率中心和曲率半徑逐點不同的曲（qǔ）線，為了跟隨曲線的變化，使砂輪能夠與（yǔ）刀片正麵（miàn）逐點相切，並且是（shì）單斜邊（biān）砂輪的斜邊（biān）中點與刀片正麵逐點相切，砂輪軸與與刀片矢（shǐ）狀軸之間的夾角（jiǎo）並不是固定15o 不變的（de），要通過砂輪軸繞著（zhe）Y 軸微量轉動對砂輪軸（zhóu）在水平麵（miàn）上與刀片矢（shǐ）狀軸的夾角進行補償（圖（tú）4），實（shí）質就（jiù）是要保持（chí）砂輪軸與刀片正（zhèng）麵（miàn）任一切點的切線呈15o 夾角。

     2.5 床身

     數控自動（dòng）磨刀機需要配置一個質量不太大而又穩固的床身。為了便於搬運，整機總質（zhì）量控製在（zài）50 kg以內為宜。
 

     3 、數控自動磨刀機（jī）其他功能組件

     3.1 工件（jiàn）夾具

     固定冰刀的夾具。能夠（gòu）將水平放置的（de）單（dān）隻冰刀很牢（láo）固地夾住，並且在磨（mó）削過程中（zhōng）刀（dāo）片受切削力作用產（chǎn）生的振動很小。

      3.2 電源

     因為砂輪與冰刀的接觸麵積很小（xiǎo）、切削量很小，所需最大切（qiē）削（xuē）力、主軸最大扭矩很小，主軸電機（jī）的功率很小（xiǎo），伺服機構各電動機的功率也很小，采用低電壓工作方式較為安全、方便。可以使用市電作為（wéi）初級電源（yuán），次級輸出電壓12 v 或者24 v，輸出3 路，主要供給照明設備、計（jì）算機、機械動（dòng）力使用。
 
 
     3.3 數控裝置
 
 
     一台起控製（zhì）、監（jiān）視功能的小型計算機（jī），負責每（měi）一雙冰刀（dāo）的刀片矢狀麵曲線、劈的角度（刀片正麵槽的深淺）等數據的輸入、修改，輸出控製信號控製砂（shā）輪在4 個軸向的伺（sì）服（fú）進給，保證砂輪按照程序與刀片正麵相切。顯示安裝在砂輪附近的微型攝像機拍攝到的加（jiā）工（gōng）畫麵，即時監視加工麵的狀（zhuàng）況。
  
 
      3.4 輔助裝置

     為了提高自動化程度和加工精度，需要想辦法（fǎ）在砂輪之前（qián）、盡可能靠近砂輪處安裝一個激光循（xún）跡裝置，並且與砂輪同步、同軌跡運動，利用拋物線的光學性質，把收集到的信（xìn）號反饋給計算機，控製砂輪在Y軸方向上（shàng）下移動，保證砂輪軸與被夾具固定的冰刀刀片正中（zhōng）麵在同一水平麵上。在砂輪之後、靠近砂輪處安裝（zhuāng）一個微型攝像機，即時攝取加工麵的狀況。這兩個裝置與砂輪的進給同步運動。

      4 、結語

      筆者認為上述觀點可能有不（bú）符合目前人們對項目競賽規律的認識或寫得有不好、不到之處（chù），但重要的是，短道速滑刀未來需不需要用溝刃，怎麽樣才能給短道速滑刀磨（mó）出達到實戰要求的溝刃來，筆者提出（chū）的辦法能（néng）不能給短道速滑刀磨（mó）出達到實戰要求的溝刃來，是不是提出了一個別人沒有想到的、有（yǒu）價值的點（diǎn）子（zǐ）。如果這篇文章能夠起到拋磚引玉的作用（yòng），提出了一個新的課題，甚至能夠使我們國家的運動員使用上了新式武器，在下一屆冬奧會、2022 年（nián）冬奧會出其不意地多拿幾塊金牌，也是筆者應盡的一點微薄之力。作為一名冰雪體育工作者，最大的願望就（jiù）是冬奧會能在中國落地，運動員能在祖國的大地上爭金奪銀，展現中華兒女的風（fēng）采。