摘 要：冰刀结构、冰刀研磨、运动服装等非运动员主体条件的技术创新不仅丰富了速度滑冰训练理论的完善，对速度滑冰技术的改进亦起到决定性作用。短道速滑运动员使用槽刃冰刀可以增大运动员弯道滑行时法线方向冰刀与冰面之间的斜面的支撑力，可以让运动员把身体向圆心方向倾斜的程度加大、产生更大的向心力，以更快的速度滑过弯道。在4 轴联动数控磨床基础上设计一台专门加工短道速滑冰刀槽刃的自动磨刀机，技术关键是将冰刀刀片与砂轮轴布置在同一水平面上、使用单斜边砂轮，这样才可以为短道速滑冰刀磨出槽刃。短道速滑冰刀槽刃数控自动磨刀机还包括工件夹具、电源、数控装置、辅助装置等其他功能组件。

       目前，竞技体育项目运动成绩的突破性发展与现代科学技术的进步，与多学科的互相渗透、交叉和应用密切相关。从速度滑冰项目的竞赛成绩的发展看，运动员是竞赛的主体条件，其自身的竞技能力（体能、技能、战术能力、运动智能、心理能力）的充分展现无不伴随着竞赛规则、比赛条件、竞赛器材、裁判技术等客体条件（非运动技术条件）的创新而改变。速度滑冰的世界纪录有六次较大幅度提高  ，可称其为世界速滑现代史上的六大飞跃，每次飞跃都伴随着速滑场地、滑冰器材、冰刀研磨技术的创新 ，这些非运动员主体条件的技术创新不仅丰富了速度滑冰训练理论的完善，对速度滑冰技术的改进亦起到决定性作用。尤其在运动员体能、技能、战术能力、运动智能、心理能力相差无几的情况下，充分利用、改善客体条件，将对速度滑冰运动员临场心理的稳定性、竞技能力的发挥起到积极的作用，并成为提高运动成绩的重要途径。

      运用运动成绩提高的历史观和现代科技的发展观揭示冰刀结构、冰刀研磨、运动服装、检测监控、场地环境，以及裁判系统等技术特性影响运动成绩的关联因素 ，这些客体条件的物理特性创造了运动者之间客观的物理条件不平等性。对速滑运动员群体来说，非运动技术条件的利用是“人为创造差异条件”——创造运动者之间客观物理条件的不平等，从而影响不同运动员的成绩，教练员、运动员对非运动技术条件的再挖掘、利用和创新有着不同寻常的意义 。在70 年代以前，我国磨刀机的工作都是由手工进行操作；进入70 年代以来，我国开始使用电动磨刀机，大大提高了工作效率，除了进口外，还进行了研发 。短道速滑运动员使用现在的平刃冰刀不能满足用最快的速度滑过弯道的要求，而使用象花样冰刀、冰球刀那样的槽刃冰刀可以增大运动员弯道滑行时法线方向冰刀与冰面之间的斜面的支撑力，可以让运动员把身体向圆心方向倾斜的程度加大、产生更大的向心力，以更快的速度滑过弯道。我们在过去发表的文章《短道速滑运动员使用槽刃冰刀的理论初探》中用力学知识对这个论点进行了论证[17]，并且建议相关部门研制给短道速滑冰刀加工槽刃的自动磨刀机，请短道速滑运动员使用槽刃冰刀做滑行试验。

      目前，国内外还没有能够给短道速滑冰刀加工槽刃的机器，研制短道速滑冰刀自动磨机刀这一块儿还是空白，如果中国能够从现在开始研制给短道速滑冰刀加工槽刃的自动磨刀机，就可以占得先机，在短道速度滑冰运动使用的设备、器材设计制造方面取得专利，在滑行技术上领先对手，在短道速滑冰刀自动磨刀机进入实用阶段开始的几年里，中国运动员就有可能因此多夺得几个世界冠军。本文提出了一个短道速滑冰刀自动磨机刀的设计方案供读者探讨。

      1 、数控自动磨刀机关键部件的选择与安装

      现有的花样冰刀、冰球刀加工槽刃的自动磨刀机由于砂轮在磨削过程中损耗变形，为花样冰刀、冰球刀磨出的槽刃如果高倍放大了看并不是真正的锐角劈，尖端发生了钝化（图1），这种磨削方式加工出的槽刃不能用于短道速滑运动。要磨出真正的锐角劈，就要改目前磨花样冰刀、冰球刀的自动砂轮磨刀机的立式布局形式为卧式布局形式 ，将冰刀刀片的正中面与砂轮轴布置在同一水平面上（图2），这样可以使砂轮的形状在磨削过程中保持较高的真圆度，磨削后的刀刃接近理想的劈。

                                  图1 冰球刀刃磨削示意

     
 
                             图2 卧式布局时冰刀与砂轮相交示意

     因为短道速滑冰刀的刀片形状与花样冰刀、冰球刀相比又窄又长，采用卧式布局形式以后要使砂轮能够与较长的短道速滑冰刀刀片正面任何一点相切，又要使砂轮轴尽量短、保证砂轮轴的刚度，把砂轮轴与冰刀刀片的矢状轴呈15 °左右夹角布置，使用为75 °的单斜边砂轮可以解决难题（图3）。

                                  图3 冰刀和砂轮布置示意
  
  

      
 
                                  图4 功能模块示意

      2 、数控自动磨刀机的微型4 轴联动数主体功能模块

     短道速滑冰刀的刀片形状除很窄很长外，与冰面接触的部分在矢状面上呈一条曲率中心和曲率半径逐点不同的曲线，短道速滑运动又是一个竞速项目，实现砂轮的斜边中点与较长的刀片正面任何一点相切和很高的加工面粗糙度等级，给短道速滑冰刀加工槽刃的难度远大于给花样冰刀、冰球刀加工槽刃，复杂的进给动作可以由一台4 轴联动数控机床来完成。

      2.1 Z 轴

      采用卧式机床，冰刀左右方向水平放置被夹具固定，砂轮在水平面与冰刀矢状轴平行方向上的运动为Z 轴（图4）。传递切削力的主轴（砂轮轴）与冰刀矢状轴、Z 轴在同一水平面上，但是主轴与Z 轴的方向并不完全相同，与冰刀矢状轴在水平面上呈15o左右夹角（图3）。因为短道速滑冰刀的刀片几何形状狭长，要使砂轮在水平面左右方向运动，不受阻碍地从刀尖开始磨削至刀尾，又要保证砂轮轴的刚度，就要使砂轮轴尽量短，就要使砂轮轴与冰刀矢状轴有一定的夹角。

      2.2 X 轴

     砂轮在水平面上与Z 轴相垂直的方向前后平移为X 轴，砂轮接近、接触被夹具固定的冰刀刀片正面产生正压力或离开。因为冰刀刀片与冰面接触的部分在矢状面上呈一条曲率中心和曲率半径逐点不同的曲线，在加工不同部位时为了使砂轮能够始终与刀片正面接触且压力大小不变，要有使砂轮在水平方向前后平移进给的伺服机械机构（图4）。

      2.3 Y 轴

     砂轮在与Z、X 轴构成的平面相垂直的方向高低上下移动为Y 轴。为了保证冰刀刀片的内侧劈和外侧劈是对称的、沟槽的最低点在冰刀刀片的正中面上，砂轮轴与被夹具固定的冰刀刀片的正中面要在同一水平面上（图2），砂轮要能够在高低方向上下微调移动。

      2.4 B 轴
 
 
      绕Y 轴的旋转轴。因为冰刀刀片与冰面接触的部分在矢状面上呈一条曲率中心和曲率半径逐点不同的曲线，为了跟随曲线的变化，使砂轮能够与刀片正面逐点相切，并且是单斜边砂轮的斜边中点与刀片正面逐点相切，砂轮轴与与刀片矢状轴之间的夹角并不是固定15o 不变的，要通过砂轮轴绕着Y 轴微量转动对砂轮轴在水平面上与刀片矢状轴的夹角进行补偿（图4），实质就是要保持砂轮轴与刀片正面任一切点的切线呈15o 夹角。

     2.5 床身

     数控自动磨刀机需要配置一个质量不太大而又稳固的床身。为了便于搬运，整机总质量控制在50 kg以内为宜。
 

     3 、数控自动磨刀机其他功能组件

     3.1 工件夹具

     固定冰刀的夹具。能够将水平放置的单只冰刀很牢固地夹住，并且在磨削过程中刀片受切削力作用产生的振动很小。

      3.2 电源

     因为砂轮与冰刀的接触面积很小、切削量很小，所需最大切削力、主轴最大扭矩很小，主轴电机的功率很小，伺服机构各电动机的功率也很小，采用低电压工作方式较为安全、方便。可以使用市电作为初级电源，次级输出电压12 v 或者24 v，输出3 路，主要供给照明设备、计算机、机械动力使用。
 
 
     3.3 数控装置
 
 
     一台起控制、监视功能的小型计算机，负责每一双冰刀的刀片矢状面曲线、劈的角度（刀片正面槽的深浅）等数据的输入、修改，输出控制信号控制砂轮在4 个轴向的伺服进给，保证砂轮按照程序与刀片正面相切。显示安装在砂轮附近的微型摄像机拍摄到的加工画面，即时监视加工面的状况。
  
 
      3.4 辅助装置

     为了提高自动化程度和加工精度，需要想办法在砂轮之前、尽可能靠近砂轮处安装一个激光循迹装置，并且与砂轮同步、同轨迹运动，利用抛物线的光学性质，把收集到的信号反馈给计算机，控制砂轮在Y轴方向上下移动，保证砂轮轴与被夹具固定的冰刀刀片正中面在同一水平面上。在砂轮之后、靠近砂轮处安装一个微型摄像机，即时摄取加工面的状况。这两个装置与砂轮的进给同步运动。

      4 、结语

      笔者认为上述观点可能有不符合目前人们对项目竞赛规律的认识或写得有不好、不到之处，但重要的是，短道速滑刀未来需不需要用沟刃，怎么样才能给短道速滑刀磨出达到实战要求的沟刃来，笔者提出的办法能不能给短道速滑刀磨出达到实战要求的沟刃来，是不是提出了一个别人没有想到的、有价值的点子。如果这篇文章能够起到抛砖引玉的作用，提出了一个新的课题，甚至能够使我们国家的运动员使用上了新式武器，在下一届冬奥会、2022 年冬奥会出其不意地多拿几块金牌，也是笔者应尽的一点微薄之力。作为一名冰雪体育工作者，最大的愿望就是冬奥会能在中国落地，运动员能在祖国的大地上争金夺银，展现中华儿女的风采。