張 嘎

(長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長(zhǎng)春 130000)

短道速滑冰刀槽刃數(shù)控自動(dòng)磨刀機(jī)的設(shè)計(jì)方案

張 嘎

(長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長(zhǎng)春 130000)

對(duì)于短道速滑運(yùn)動(dòng)員來(lái)說(shuō)，使用槽刃冰刀可以在一定程度上增加運(yùn)動(dòng)員在彎道滑行時(shí)法線方向冰刀與冰面之間的支撐力。還可以讓運(yùn)動(dòng)員將身體向圓心方向傾斜的程度加大，進(jìn)而產(chǎn)生更大更有力的向心力，從而達(dá)到增加滑過(guò)彎道速度的目的。在4軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的自動(dòng)磨刀機(jī)，其技術(shù)的關(guān)鍵就是將冰刀的刀片與砂輪軸布置在相同水平面上，并使用單斜邊砂輪進(jìn)行操作，這樣就可以為短道速滑冰刀磨出槽刃。

短道速滑；數(shù)控；槽刃；磨刀機(jī)；設(shè)計(jì)；創(chuàng)新

競(jìng)技體育項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)成績(jī)近幾年呈現(xiàn)突破性發(fā)展，這與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的交叉應(yīng)用是有直接關(guān)系的。從速度滑冰這個(gè)項(xiàng)目的整體競(jìng)賽成績(jī)來(lái)看，運(yùn)動(dòng)員是競(jìng)賽的主體，而運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技能力在展示過(guò)程中需要依照競(jìng)賽規(guī)則、競(jìng)賽器材、裁判技術(shù)等諸多客觀條件的變化而變化。由此可見，善于利用和完善客觀條件，對(duì)速度滑冰運(yùn)動(dòng)員的臨場(chǎng)心理穩(wěn)定性以及自身競(jìng)技能力的發(fā)揮是起著非常重要的促進(jìn)作用的，這也是提高運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的重要途徑。

1 短道速滑冰刀槽刃數(shù)控自動(dòng)磨刀機(jī)

現(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有專門給短道速滑冰刀加工槽刃的機(jī)器，也就是說(shuō)在短刀速滑冰刀自動(dòng)磨刀機(jī)這一領(lǐng)域還處于空白，如果我們可以在短時(shí)間內(nèi)研制出短道速滑冰刀加工槽刃的自動(dòng)磨刀機(jī)，就可以在短道速滑運(yùn)動(dòng)使用的設(shè)備和器材制造上獲得專利，極大提升短道速滑冰刀設(shè)備的質(zhì)量。近幾年，相關(guān)的專家學(xué)者及工作人員逐步將短道速滑冰刀自動(dòng)磨刀機(jī)引入實(shí)踐階段，此次重點(diǎn)提出了短道速滑冰刀自動(dòng)磨刀機(jī)的設(shè)計(jì)方案，希望可以進(jìn)一步提升我國(guó)短道速滑的整體水平。

2 數(shù)控自動(dòng)磨刀機(jī)關(guān)鍵部位的選擇及安裝

現(xiàn)有的花樣冰刀、冰球刀加工槽刃的自動(dòng)磨刀機(jī)在進(jìn)行工作時(shí)，由于磨刀砂輪對(duì)冰刀磨削的過(guò)程會(huì)出現(xiàn)損耗變形的情況，容易導(dǎo)致花樣冰刀和冰球刀磨出的槽刃并不是真正的銳角劈，其尖端部位會(huì)出現(xiàn)較為明顯的鈍化(具體如圖1所示)，而這種磨削方式加工出來(lái)的槽刃是不能用于短道速滑運(yùn)動(dòng)的。要想磨出真正的銳角劈，就一定要改變當(dāng)前磨花樣冰刀以及冰球刀自動(dòng)砂輪磨刀機(jī)的立式布局形式，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕P式布局形式，然后再將冰刀的刀片正中面與砂輪軸布置在相同水平面上(具體如圖2所示)，這樣不僅可以保證砂輪的形狀在磨削過(guò)程中可以保持一個(gè)較高的真圓度，在磨削之后，其刀刃的銳角劈也能達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。

短道速滑冰刀的刀片形狀與花樣冰刀、冰球刀相比，刀片比較窄且長(zhǎng)，而在采用臥式布局后，要保證砂輪可以與短道速滑冰刀刀片正面的任何點(diǎn)進(jìn)行交叉處理，還要保證砂輪軸盡量短一些，以保證砂輪軸的剛度能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還要使砂輪軸與冰刀刀片的矢狀軸呈15°左右夾角布置，使用75°的單斜邊砂輪可以解決難題(具體如圖3所示)。

圖1 冰球刀刃磨削示意圖Fig.1 Hockey blade grinding schematic

圖2 臥式布局時(shí)冰刀與砂輪相交示意Fig.2 Horizontal layout skateboard intersection with wheel

圖3 冰刀和砂輪布置示意Fig.3 Ice skate blades and grinding wheel layout

3 數(shù)控自動(dòng)磨刀機(jī)其他功能組件

3.1 電源

由于砂輪與冰刀之間的接觸面是非常小的，因此其切削量也非常小，再加上砂輪所需的最大切削力及主軸最大扭矩很小，所以要求技術(shù)人員采用低壓工作的方式。在工作時(shí)，可以先用市電作為初級(jí)電源，保證備用次級(jí)輸出電壓控制在12 V或24 V，輸出共分為三路，其目的主要是為了供給照明設(shè)備、計(jì)算機(jī)及機(jī)械動(dòng)力的使用。

3.2 工件夾具

對(duì)冰刀夾具進(jìn)行固定，要將水平放置的單只冰刀進(jìn)行固定處理，在實(shí)際磨削過(guò)程中，保證刀片受切削力的作用降到最低。

3.3 數(shù)控裝置

一臺(tái)起控制、監(jiān)視功能的計(jì)算機(jī)可以負(fù)責(zé)每一雙冰刀的刀片矢狀面曲線、劈的角度等數(shù)據(jù)的輸入和修改狀態(tài)，并保證輸出控制信號(hào)控制砂輪在4個(gè)軸向的伺服進(jìn)給，這樣也可以保證砂輪能夠按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)程序與刀片正面相切，這時(shí)顯示在微型攝像機(jī)中的加工畫面就是即時(shí)監(jiān)視加工面的真實(shí)狀況。

3.4 相關(guān)輔助裝置

為進(jìn)一步提升數(shù)控自動(dòng)磨刀機(jī)的自動(dòng)化程度以及加工精度，要求設(shè)計(jì)人員在砂輪之前盡可能靠近砂輪區(qū)域安裝激光循跡裝置，并保證與砂輪實(shí)現(xiàn)同步、同軌跡運(yùn)動(dòng)，除此之外，設(shè)計(jì)人員還可以利用拋物線的光學(xué)性質(zhì)將收集到的信號(hào)直接反饋到計(jì)算機(jī)上，從而控制砂輪在Y軸方向進(jìn)行上下移動(dòng)，確保砂輪軸與被夾具固定的冰刀刀片正中面處于相同的水平面上。在砂輪之后，還需要在靠近砂輪的位置安裝一個(gè)微型的攝像機(jī)，及時(shí)提取加工面的真實(shí)工作狀態(tài)，這兩個(gè)裝置也需要與砂輪的進(jìn)給同步運(yùn)動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

短道速滑冰刀槽刃數(shù)控自動(dòng)磨刀機(jī)的設(shè)計(jì)目的是為了更好地提升短道速滑運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，而在數(shù)控磨床的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的自動(dòng)磨刀機(jī)可以很好地解決冰刀槽刃的銳角劈問(wèn)題。此次通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)磨刀機(jī)的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)了磨刀機(jī)目前存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)磨刀機(jī)關(guān)鍵部位的選擇與安裝闡述，全面了解數(shù)控磨刀機(jī)的具體工作流程以及需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)，希望可以為數(shù)控磨刀機(jī)的發(fā)展提供有效的參考。

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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

張嘎(1988-)，男，研究生，助教。