摘 要：冰刀結構、冰刀研磨、運動服裝等非運動員主體條件的技術創新不（bú）僅（jǐn）豐富了速（sù）度滑冰訓練理（lǐ）論的完善（shàn），對速（sù）度滑冰技術的改進亦起到決定性作用。短道速滑運動員使用槽刃冰刀可以增大運動員彎道滑行時法線方向冰刀（dāo）與冰麵之間的斜麵的支撐力（lì），可以（yǐ）讓運動員把身體向（xiàng）圓心方向傾斜的程度加大、產（chǎn）生更大的向心力，以更快的速度滑過彎道。在（zài）4 軸聯動數控磨床基（jī）礎上設計一台專門加工短道速滑冰刀槽刃的自動磨刀機，技術關鍵是將冰刀刀片與砂輪軸布置在同一水平麵（miàn）上、使用單斜（xié）邊砂輪，這樣才可以為短道速滑冰刀磨（mó）出槽刃。短道速（sù）滑冰刀（dāo）槽刃數控自動磨刀機還包括工件夾具、電源、數控裝置、輔助裝置等其他功能組件。

       目前，競（jìng）技體育項目運動成績的突破性發展與現（xiàn）代科學技術的進步，與多學（xué）科的互相滲透、交（jiāo）叉和應用密切相關。從速度（dù）滑冰項目的競賽（sài）成績的（de）發展看，運動員是競賽的主體條件（jiàn），其自（zì）身的競技能力（體能、技能、戰術能力、運動智能、心理能力）的充分展現無不（bú）伴隨著競賽（sài）規則、比賽條件、競賽（sài）器材、裁判技（jì）術等客體條件（非運（yùn）動技術條件）的創新而改變。速（sù）度滑冰（bīng）的世界紀錄有六次（cì）較（jiào）大幅度提（tí）高  ，可（kě）稱（chēng）其（qí）為（wéi）世界速滑現代史上的六大（dà）飛躍，每次飛躍都（dōu）伴隨著速滑場地、滑冰器材（cái）、冰刀研磨（mó）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訓練理論（lùn）的完善，對速度滑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（néng）力、運動智能、心理（lǐ）能（néng）力相差無幾的情況下，充分利用、改（gǎi）善客體條件，將對速度滑冰運動（dòng）員臨場心理的穩定性、競技（jì）能力的發揮起到積極的作用，並成為提高運動成績的（de）重要途徑。

      運用運動（dòng）成績提（tí）高的曆史觀和現代科技（jì）的發展觀揭示冰（bīng）刀結構、冰刀研磨、運（yùn）動服（fú）裝、檢測監控、場地環境，以及裁判係統等技（jì）術（shù）特性影響（xiǎng）運動成績的關聯因素（sù） ，這些客體條件的物理特性創造了運（yùn）動者之間客（kè）觀的物理條件不平等性。對速滑運動（dòng）員群體來說，非運動（dòng）技術條件的利用是“人為創造差異條件”——創造運動者（zhě）之（zhī）間客觀物理條件的不平等，從而影響不同運動員的成績，教練員、運（yùn）動員對非（fēi）運動技（jì）術條件（jiàn）的再挖掘、利用和創新有著不同尋常的意義 。在（zài）70 年代以前，我國磨刀機的工作都是由手工進行操作；進入70 年代以來，我（wǒ）國開始使用電動磨刀機，大大提高（gāo）了工作效率，除了進口（kǒu）外，還進行了研發 。短道（dào）速滑運動（dòng）員使用現在的平刃冰刀不能滿足用最快的速度滑過彎（wān）道（dào）的要求，而使用象花（huā）樣冰刀、冰球刀那樣的槽刃冰刀可以增大運動員彎道滑行時法線方向冰刀與冰麵之間的斜麵的支撐力（lì），可以（yǐ）讓運動員把身體向圓心方向傾斜的程度加大、產生更大的向心力，以更快的速度滑過（guò）彎道。我們在（zài）過去發表的（de）文章《短道速（sù）滑運動員使（shǐ）用槽刃冰刀的理論初探》中用力學知識對這個論（lùn）點進行了論（lùn）證[17]，並且建議相（xiàng）關（guān）部門研製給短道速滑冰刀加工槽刃的自動磨刀機，請短道速滑運動員使用槽刃冰刀做滑行（háng）試（shì）驗。

      目前，國內外還沒有能夠給短道速滑冰刀加工槽（cáo）刃的（de）機器，研製短道速（sù）滑冰（bīng）刀自動磨機（jī）刀這一塊（kuài）兒還是空白（bái），如果中（zhōng）國能夠從（cóng）現在開（kāi）始（shǐ）研製給（gěi）短道速滑冰刀（dāo）加工槽刃的自動（dòng）磨（mó）刀機，就可以（yǐ）占得（dé）先（xiān）機，在短道速度滑冰運動使用的設備、器材設計製造方麵（miàn）取得專利，在滑行技術上領先對手，在短道（dào）速滑（huá）冰刀自動磨刀機進入實用階段開始的幾年裏，中國運動員就有可能（néng）因此多奪得幾個世界冠軍。本文提出了一個短道速滑冰刀自（zì）動磨機刀的設（shè）計（jì）方案供讀者探討。

      1 、數控自動磨刀機關鍵部件的選（xuǎn）擇與安裝

      現有的花樣冰刀、冰球（qiú）刀加工槽刃的自動磨刀機由於砂（shā）輪在磨削過（guò）程中損耗變形，為花樣（yàng）冰刀、冰球刀磨出的槽刃如果高倍放大了（le）看並不（bú）是（shì）真正的銳角劈，尖端發生了鈍化（huà）（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（zhēn）正的銳角劈，就要改目前磨花樣冰（bīng）刀、冰球刀的自動砂輪（lún）磨刀機的立式布局形式為臥式布局形（xíng）式 ，將冰刀刀片的正中麵與砂輪軸布置（zhì）在（zài）同一水平麵（miàn）上（圖2），這樣（yàng）可以使砂輪的形狀在磨削過程中保持較高的真圓度，磨削後的刀刃接近理想的劈。

                                  圖1 冰（bīng）球（qiú）刀刃磨削示意

     
 
                             圖2 臥式布局時冰（bīng）刀與砂輪相（xiàng）交示意（yì）

     因為短道速滑冰刀的刀片形狀與（yǔ）花樣冰刀、冰球（qiú）刀相比又窄又長，采用臥式布局形式以後要使砂輪能夠與較長（zhǎng）的短道速滑冰刀刀（dāo）片正麵任何一點相切，又要使砂輪軸盡量短、保證（zhèng）砂輪軸的剛（gāng）度，把砂輪軸與冰刀刀片的矢狀軸呈15 °左右夾角布置，使用為75 °的單斜邊（biān）砂輪可以解決難題（圖3）。

                                  圖3 冰刀和砂輪布（bù）置示意
  
  

      
 
                                  圖4 功能模塊示意

      2 、數控自動磨刀機的微型4 軸聯動數主（zhǔ）體功（gōng）能模塊

     短道速滑冰刀的刀片形（xíng）狀除很（hěn）窄很長外，與冰麵接觸的部分在矢狀麵（miàn）上呈一（yī）條曲率中（zhōng）心和曲率半徑逐點不同（tóng）的曲線，短（duǎn）道速滑運動又是一個競（jìng）速項目，實現砂輪的斜邊中點與較長的刀（dāo）片正（zhèng）麵任何一點相切和很高的加工麵粗糙度等級，給短道速滑冰刀加工槽刃的難度遠大於給花樣（yàng）冰刀、冰球刀加工槽（cáo）刃，複雜（zá）的進給動作可以（yǐ）由一台4 軸（zhóu）聯動數控機床來完成（chéng）。

      2.1 Z 軸

      采用臥式機床，冰（bīng）刀左右方向水平放置被夾具固（gù）定，砂輪在水平麵與（yǔ）冰刀矢狀（zhuàng）軸平行方向上（shàng）的運動為Z 軸（圖4）。傳遞切（qiē）削力的主軸（zhóu）（砂輪軸）與冰刀（dāo）矢狀軸、Z 軸在同（tóng）一水平麵上，但是主軸與Z 軸的方向並不（bú）完全（quán）相同，與冰刀矢狀（zhuàng）軸在水平麵上呈15o左右夾角（圖3）。因為短（duǎn）道（dào）速滑冰刀的（de）刀（dāo）片幾（jǐ）何形狀狹長，要使砂輪在水（shuǐ）平麵左右方向運動，不（bú）受阻礙地從刀尖開（kāi）始磨（mó）削至刀（dāo）尾，又要保證砂輪軸的剛度，就要使砂輪軸盡量短，就要使（shǐ）砂輪軸與冰刀矢狀軸有（yǒu）一定的夾角（jiǎo）。

      2.2 X 軸

     砂輪在（zài）水平麵上與Z 軸相垂直的方向前後平移為X 軸，砂輪接近、接觸被夾具固定的冰刀刀片正麵產生正壓力或（huò）離開。因為冰刀刀片與冰麵（miàn）接觸的部（bù）分在矢狀麵上呈（chéng）一條曲率中（zhōng）心和（hé）曲率半（bàn）徑逐點不同的曲線，在加工（gōng）不同（tóng）部位時為了使砂輪能夠始終與刀片正麵接（jiē）觸且壓力大小不變（biàn），要有使砂輪在水（shuǐ）平方向前後平移進給的伺（sì）服機械機構（圖4）。

      2.3 Y 軸

     砂輪在與Z、X 軸構成的平麵相垂（chuí）直的（de）方向高低上下移動（dòng）為Y 軸。為了保證冰刀刀片的內側劈和外側劈是對（duì）稱的、溝槽的最低點在冰刀刀片的正中麵上，砂輪軸與被夾具固定的冰刀刀片的正中（zhōng）麵要在同一水平麵上（圖2），砂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（dāo）片與冰麵（miàn）接觸的部分在矢狀麵上（shàng）呈一條曲率（lǜ）中心（xīn）和曲率半徑逐點不同的曲線，為了跟隨曲線的變化，使砂（shā）輪能夠與刀（dāo）片正麵逐點相切，並且是單斜邊砂（shā）輪的斜（xié）邊中點與刀片正麵逐點（diǎn）相切，砂輪軸與與刀片矢狀軸之間的夾角並不（bú）是固定15o 不變的，要通過砂輪軸繞著Y 軸微量轉動對砂輪軸在水平麵上與刀片矢狀軸的夾角進行補（bǔ）償（圖4），實質就是要保持砂輪軸與刀片正麵任一（yī）切點的切線呈15o 夾角。

     2.5 床身

     數控（kòng）自動磨刀機需要配置一個質量（liàng）不太大而又穩固的（de）床身。為了便於（yú）搬運，整機總質量控製在50 kg以內為宜。
 

     3 、數控自動磨刀機其他功能組件

     3.1 工件夾具

     固定冰刀的夾具。能夠將水平放置的單隻冰刀很牢（láo）固地夾住，並且在磨削過程中刀片受切削（xuē）力作用產生的振動很小。

      3.2 電源

     因為砂輪與冰刀的（de）接觸麵積很小、切削量很小，所需最大切削力、主軸最（zuì）大扭矩很小，主軸電機的功率很小，伺服機（jī）構各電動機的功率也很小，采用（yòng）低電壓工作方式較為安（ān）全、方便。可以使（shǐ）用（yòng）市電作為初級電源（yuán），次級輸出電壓12 v 或者24 v，輸出3 路（lù），主要供給照（zhào）明設備、計算機、機械動力使用。
 
 
     3.3 數控裝置
 
 
     一台起控製、監（jiān）視功能的（de）小型（xíng）計算機，負責每一雙冰刀的刀片矢狀麵曲線、劈的角度（刀片（piàn）正麵槽的（de）深淺）等數據的輸入（rù）、修改，輸（shū）出控（kòng）製信號控製砂輪在4 個軸向的伺服進（jìn）給，保證砂輪按照程（chéng）序與（yǔ）刀片（piàn）正麵相切。顯示安裝在砂輪附近的微型攝像機拍攝到（dào）的加工畫麵，即時監視加工麵的狀況。
  
 
      3.4 輔助裝置

     為了提高（gāo）自動化程度和加工精度（dù），需要想辦法在砂（shā）輪之前、盡可（kě）能靠近砂輪處安裝一（yī）個（gè）激光循跡裝置，並（bìng）且與砂輪同步、同軌跡（jì）運動（dòng），利用拋物（wù）線的光學性質，把收集（jí）到的信（xìn）號反饋給（gěi）計算機，控製砂輪在Y軸方向上下移動，保證砂輪軸與被夾具（jù）固定的（de）冰刀刀片正中（zhōng）麵在同一水平麵上。在砂輪之後、靠近砂（shā）輪處安裝一個微型攝像機，即時攝取加工麵的（de）狀況。這（zhè）兩個裝置與砂輪的進給（gěi）同步運動。

      4 、結語

      筆者（zhě）認為上述觀點可能有不符（fú）合目前人們對項目競賽規（guī）律的認識或寫得（dé）有不好、不到之處，但重要的是，短道速（sù）滑刀（dāo）未來需（xū）不需要用溝（gōu）刃，怎（zěn）麽樣才能給短道速滑刀磨出達到實戰要求（qiú）的溝刃（rèn）來，筆者提（tí）出的辦法能不能（néng）給短道速滑刀磨出達到實戰要求的溝刃來，是不是提出（chū）了一個別（bié）人沒（méi）有想到的、有價值的點子。如果（guǒ）這篇文章能夠起到拋磚引玉的作（zuò）用，提出（chū）了（le）一個（gè）新（xīn）的課題，甚至能夠使（shǐ）我們（men）國家的運動員使用上了新式武器，在下（xià）一屆冬奧會、2022 年冬奧會出其不意地多（duō）拿幾塊金牌，也是筆者（zhě）應盡（jìn）的（de）一點微薄之力。作為一名（míng）冰雪體育工作者，最大的願望就是冬奧會能在中國落地（dì），運（yùn）動員能（néng）在祖國的大地上爭金奪銀，展現中華兒（ér）女（nǚ）的風采。