短道速滑冰刀槽刃数控自动磨刀机的设计方案

张 嘎

(长春理工大学光电信息学院，长春 130000)

短道速滑冰刀槽刃数控自动磨刀机的设计方案

张 嘎

(长春理工大学光电信息学院，长春 130000)

对于短道速滑运动员来说，使用槽刃冰刀可以在一定程度上增加运动员在弯道滑行时法线方向冰刀与冰面之间的支撑力。还可以让运动员将身体向圆心方向倾斜的程度加大，进而产生更大更有力的向心力，从而达到增加滑过弯道速度的目的。在4轴联动数控磨床基础上设计的自动磨刀机，其技术的关键就是将冰刀的刀片与砂轮轴布置在相同水平面上，并使用单斜边砂轮进行操作，这样就可以为短道速滑冰刀磨出槽刃。

短道速滑；数控；槽刃；磨刀机；设计；创新

竞技体育项目的运动成绩近几年呈现突破性发展，这与现代科学技术的交叉应用是有直接关系的。从速度滑冰这个项目的整体竞赛成绩来看，运动员是竞赛的主体，而运动员的竞技能力在展示过程中需要依照竞赛规则、竞赛器材、裁判技术等诸多客观条件的变化而变化。由此可见，善于利用和完善客观条件，对速度滑冰运动员的临场心理稳定性以及自身竞技能力的发挥是起着非常重要的促进作用的，这也是提高运动员成绩的重要途径。

1 短道速滑冰刀槽刃数控自动磨刀机

现如今，国内还没有专门给短道速滑冰刀加工槽刃的机器，也就是说在短刀速滑冰刀自动磨刀机这一领域还处于空白，如果我们可以在短时间内研制出短道速滑冰刀加工槽刃的自动磨刀机，就可以在短道速滑运动使用的设备和器材制造上获得专利，极大提升短道速滑冰刀设备的质量。近几年，相关的专家学者及工作人员逐步将短道速滑冰刀自动磨刀机引入实践阶段，此次重点提出了短道速滑冰刀自动磨刀机的设计方案，希望可以进一步提升我国短道速滑的整体水平。

2 数控自动磨刀机关键部位的选择及安装

现有的花样冰刀、冰球刀加工槽刃的自动磨刀机在进行工作时，由于磨刀砂轮对冰刀磨削的过程会出现损耗变形的情况，容易导致花样冰刀和冰球刀磨出的槽刃并不是真正的锐角劈，其尖端部位会出现较为明显的钝化(具体如图1所示)，而这种磨削方式加工出来的槽刃是不能用于短道速滑运动的。要想磨出真正的锐角劈，就一定要改变当前磨花样冰刀以及冰球刀自动砂轮磨刀机的立式布局形式，将其转变为卧式布局形式，然后再将冰刀的刀片正中面与砂轮轴布置在相同水平面上(具体如图2所示)，这样不仅可以保证砂轮的形状在磨削过程中可以保持一个较高的真圆度，在磨削之后，其刀刃的锐角劈也能达到预期的标准。

短道速滑冰刀的刀片形状与花样冰刀、冰球刀相比，刀片比较窄且长，而在采用卧式布局后，要保证砂轮可以与短道速滑冰刀刀片正面的任何点进行交叉处理，还要保证砂轮轴尽量短一些，以保证砂轮轴的刚度能够达到设计要求，同时还要使砂轮轴与冰刀刀片的矢状轴呈15°左右夹角布置，使用75°的单斜边砂轮可以解决难题(具体如图3所示)。

图1 冰球刀刃磨削示意图Fig.1 Hockey blade grinding schematic

图2 卧式布局时冰刀与砂轮相交示意Fig.2 Horizontal layout skateboard intersection with wheel

图3 冰刀和砂轮布置示意Fig.3 Ice skate blades and grinding wheel layout

3 数控自动磨刀机其他功能组件

3.1 电源

由于砂轮与冰刀之间的接触面是非常小的，因此其切削量也非常小，再加上砂轮所需的最大切削力及主轴最大扭矩很小，所以要求技术人员采用低压工作的方式。在工作时，可以先用市电作为初级电源，保证备用次级输出电压控制在12 V或24 V，输出共分为三路，其目的主要是为了供给照明设备、计算机及机械动力的使用。

3.2 工件夹具

对冰刀夹具进行固定，要将水平放置的单只冰刀进行固定处理，在实际磨削过程中，保证刀片受切削力的作用降到最低。

3.3 数控装置

一台起控制、监视功能的计算机可以负责每一双冰刀的刀片矢状面曲线、劈的角度等数据的输入和修改状态，并保证输出控制信号控制砂轮在4个轴向的伺服进给，这样也可以保证砂轮能够按照相应的设计程序与刀片正面相切，这时显示在微型摄像机中的加工画面就是即时监视加工面的真实状况。

3.4 相关辅助装置

为进一步提升数控自动磨刀机的自动化程度以及加工精度，要求设计人员在砂轮之前尽可能靠近砂轮区域安装激光循迹装置，并保证与砂轮实现同步、同轨迹运动，除此之外，设计人员还可以利用抛物线的光学性质将收集到的信号直接反馈到计算机上，从而控制砂轮在Y轴方向进行上下移动，确保砂轮轴与被夹具固定的冰刀刀片正中面处于相同的水平面上。在砂轮之后，还需要在靠近砂轮的位置安装一个微型的摄像机，及时提取加工面的真实工作状态，这两个装置也需要与砂轮的进给同步运动。

4 结语

短道速滑冰刀槽刃数控自动磨刀机的设计目的是为了更好地提升短道速滑运动员的运动质量，而在数控磨床的基础上设计的自动磨刀机可以很好地解决冰刀槽刃的锐角劈问题。此次通过对数据自动磨刀机的设计，发现了磨刀机目前存在的问题，通过对磨刀机关键部位的选择与安装阐述，全面了解数控磨刀机的具体工作流程以及需要注意的关键点，希望可以为数控磨刀机的发展提供有效的参考。

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DesignschemeofautomaticCNCknifegrinderwithshorttrackspeedskateblade

ZHANG Ga

(College of Optoelectronic Information, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130000, China)

For short-track skaters, the use of slotted skates can increase the support force between the ice skates in the normal direction when the skater slips. It can also allow the athlete to increase the tilt degree of the body to the center, resulting in a greater and more powerful centripetal force, so as to achieve the purpose of increasing the speed of passing corners. The key to the technology of automatic knife sharpening machine based on 4-axis CNC grinding machine is that the blade of the skater is arranged on the same level with the grinding wheel axis and operates with a single bevel grinding wheel, so as to sharpen the groove edge of the ice skate blade.

Short track speed skating; Numerical control; Groove edge; Knife sharpener; Design; Innovation

G862.1

A

1674-8646(2017)24-0132-02

2017-10-20

张嘎(1988-)，男，研究生，助教。