冰刀研磨机设计

1 绪 论

1.1 研究的背景、目的和意义

本次研究课题来源于国家体育总局 2006 年冬奥会攻关项目“便携式数控冰刀

测量与研磨机的研制”，项目编号 03038，本文属于项目中的冰刀数控研磨机部分。滑冰运动起源于荷兰。13世纪中叶,荷兰出现铁制冰刀。冰刀是冰上运动鞋下面的块刀片，它是冰上运动的基础。如图 1.1

图 1.1 冰刀外形示意图

和 1.2 所示，冰刀的刀刃线一般是由几段半径（8～10 米）很大的圆弧线组成，刀刃

一般厚 2 毫米。

到了17世纪,溜冰逐渐发展成为一种运动项目。冰刀是冰上运动的基础。今天,运动员和滑冰运动爱好者取得了越来越好的成绩.冰刀的质量是一个决定性的因素。然而,冰刀使用一段时间后,其刃口会变钝,这时需要对其重新研磨,使其恢复原来的形状。因此.冰刀的正确研磨对于保障冰刀的滑行质量和提高运动员的运动成绩起着至关重要的作用。

冰刀的研磨分为手工研磨和数控研磨。从研磨质量上说，数控研磨的加工质

图 1.2 两段圆弧的冰刀刀刃线

量要比手工研磨的要高得多。目前，国外已经有商品化的数控冰刀研磨机，而国内目前在冰刀研磨机领域的研究和开发则比较落后,只有少数厂家能生产简

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易磨刀架和磨刀机。产品技术含量低,自动化程度不高,冰刀的研磨质量完全取决于操作者的熟练程度,严重影响冰刀研磨的效率和质量,商品化的手工冰刀研磨机则尚属空白,更谈不上全自动的数控冰刀研磨机了,这对我国冰上运动的发展是一个极大的制约。因此,开发具有自主知识产权的国产数控冰刀研磨机势在必行。

本文目的是解决我国冰刀研磨行业的共性技术问题，开发具有自主知识产权的数控冰刀研磨机，使冰刀由手工研磨过渡到全自动研磨，在冰刀研磨技术上产生质的飞跃，提高冰刀研磨的质量和效率，促进滑冰运动的体育器材技术升级，提升我国滑冰运动员的运动成绩。

本文的开展，对提高我国滑冰运动训练科学化水平和综合实力，促进我国体育器材新产品的开发及科技成果的转化，营造体育科技产业化环境，提高冰刀研磨技术，促进体育产品结构的调整，提高运动员备战奥运会的运动成绩都将具有非常重要的意义。

本文研究的数控技术及其在冰刀研磨领域的应用，对于提高我国体育装备水平和实力、提冰上项目竞争能力、促进社会生产率的发展等方面都具有很好的社会效益和经济效益。

1.2 冰刀研磨技术概述

冰刀在冰面上滑行产生磨损，其磨损量小，冰刀的研磨加工是一种磨削量小，精度要求高的加工方式。

目前，冰刀的研磨方法主要有两种，手工研磨和数控研磨 1.2.1冰刀的手工研磨

手工研磨是使用多级目数的精细磨料对工件表面进行多次的磨削加工。先将较粗的磨料混合猪油和煤油，在利用附着体（如铸铁）对零件表面给予一定的压力，进行圆周运动，经过多级的研磨，达到表面要求。如图1.3

图1.3手工研磨冰刀方法

但是手工研磨存在一些严重的问题，主要有

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（1）手工研磨时的作用力不易控制，在研磨的过程中容易出现各种问题，如图1.4所示，当手压磨具作用力过大，就会出现切屑向刀刃处堆积形成卷刃；若研磨冰刀用力不均还将造成偏刃和脊刃，如图 1.5 所示。

（2）用油石在冰刀侧面研磨冰刀的卷刃时，手控制油石的平稳度不够，易产生偏斜，用力程度也难以控制到最佳状态，常出现油石在刃侧面滑掉，直接伤及刀刃造成局部钝刀，如图 1.6 所示；

（3）现阶段用的油石磨料粒度受限制，无法加工出最低粗糙度的冰刀锋刃； （4）油石不易修平，平面度差的油石难以保证被研磨冰刀表面的几何形状； （5）手工研磨，冰刀的轮廓曲线难以与设计值吻合，这将影响冰刀的滑行质量；

（6）手工研磨精度不高、生产效率低，劳动强度大。

图 1.4冰刀的卷刃 图 1.5 冰刀的偏刃和脊刃 图 1.6 冰刀的局部钝刀

1.2.2 冰刀的数控研磨技术

冰刀的数控研磨，是数控技术应用到冰刀研磨当中去。与手工冰刀研磨相比，数控冰刀研磨具有质的飞跃，使得冰刀的研磨加工质量更稳定，效率更高，更可靠。数控冰刀研磨机，从本质意义上讲和一台普通的数控磨床没有什么区别，产品加工都要经过数控编程、刀补、插补、最后控制运动轴加工的过程。所不同的是，冰刀数控研磨机床是一个非常专业化的数控机床。冰刀本身的结构小巧，研磨机是在体育项目中使用，要求能够经常随运动队携带，这决定了冰刀的数控研磨机应该是便携式的——体积小、重量轻

利用数控的编程技术可以编出任何平面的冰刀刀刃线。数控系统可控制 X、Y、Z轴实现冰刀的测量、研磨、砂轮修整。利用工艺卡编程，可控制机床对冰刀进行粗、精、抛光 3 级研磨。粗磨完成主要的轮廓加工，精磨、抛光磨主要是提高精度和表面光洁度。利用以上数控技术，数控冰刀研磨机床具有很强的灵活性，能适应任何一把冰刀的研磨。

手工冰刀研磨的精度主要取决于操作人的经验程度。而冰刀的数控研磨其精度则取决于控制系统的质量和机床的机械传动精度。

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1.3 国内外研究状况

有关研磨冰刀的机器，在国外已有手工和数控两种商品化的产品

例如美国的 WISSOTA 公司就是生产手工冰刀研磨机的著名厂家，图 1.7是该公司手工冰刀研磨机产品。Cag One 公司也提供一系列手工和数控冰刀研磨机，其产品如图 1.8 所示。

图 1.7 WISSOTA 公司的手工冰刀研磨机 图 1.8 Cag One 公司冰刀研磨机

我国在冰刀研磨机领域的研究和开发则比较落后，只有少数厂家能生产简易磨刀架和磨刀机，如图 1.9 所示

图 1.9 国产手工冰刀磨刀机

我国手工冰刀磨刀机产品技术含量低，自动化程度不高，冰刀的研磨质量完全取决于作者的熟练程度，严重影响冰刀研磨的效率和质量，商品化的手工冰刀研磨机则尚属空白，更谈不上全自动的数控冰刀研磨机了，这对我国冰上运动的发展是一个极大的制约。因此，开发具有自主知识产权的国产数控冰刀研磨机势在必行。

1.4 主要内容

（1）针对数控冰刀研磨机便携式、刚度、精度的要求，本文确定了冰刀研磨

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