Но автоматы требовали сложной подготовительной работы - ведь все действия человека требовалось повторить в этой механике. Для наладки автомата рисовалась циклограмма обработки детали - проточки, переходы, смена инструмента, затем на ее основе изготовлялись кулачки - для этого требовалось рассчитать сектора, в которых каждый из кулачков будет толкать непосредственно свой исполнительный механизм - резец, зажим - или элементы его управления, затем наделать заготовок в виде шайбы, просверлить в них отверстия, с помощью которых кулачки будут насажены на общий вал командоаппарата, и напильником оформить внешнюю поверхность кулачка согласно профиля его циклограммы.
Расчерчивание и подготовка кулачков (а при необходимости в повышении мощности - и рычагов) занимало несколько дней, а сама наладка станка - установка кулачков командоаппарата, проверка работы, рихтование - в среднем два-четыре часа, и это если все было более-менее правильно рассчитано и изготовлено. Мы поначалу делали автоматы, рассчитанные на изготовление совсем уж простых деталей - с парой-тройкой поверхностей и переходов. Тренировались. Но и то наладка станка занимала почти два часа, а весь процесс - несколько суток. Для одной детали. А затем в процессе работы шли постоянные подналадки - особенно если кулачки истирались - поначалу для задания глубины проточки они толкали непосредственно резцы, поэтому нагрузки были довольно большими, а поверхности - недостаточно закаленными. Затем мы стали применять рычаги - это уменьшило нагрузки на сами кулачки, но повысило неточность изготовления - оси рычагов понемногу истирались, да и точность изготовления этих промежуточных элементов вносила погрешности в передаче траекторий. Снова вернулись к управлению непосредственно от кулачков, но теперь их поверхности закаливались и защищались износостойким напылением. Точность в таких системах достигла десятой доли миллиметра. Но уж очень муторно было и проектировать, и затем поддерживать их работу. А ведь для обработки другой детали, или для добавления новых операций в обработку уже существующей, требовалось менять кулачки - все или частично. Кропотливая работа. Даже несмотря на то, что вскоре мы начали делать несколько управляющих валов для раздельного управления, скажем, продольной и поперечной подачей - погрешность немного выросла из-за механической синхронизации этих устройств, так что некоторые поверхности приходилось дотачивать вручную.
Несмотря на все эти сложности, за два года мы с помощью почти сотни полуавтоматических или автоматических станков автоматизировали изготовление более чем двух сотен деталей - валов, шестеренок, штуцеров, гаек, болтов, колец для подшипников, втулок, корпусов снарядов, мин, взрывателей и прочей "мелочи", на которую до автоматизации расходовалось ежедневно тысячи человеко-часов - эти часы превратились в десятки человеко-часов разработки, наладки и подналадки, смены инструмента, а также в сотни человеко-часов смены заготовок - причем если первые работы требовали высокой квалификации, то вторые могли выполняться слабообученными работниками - многочисленные середнячки получили возможность подтянуть свой уровень.
Причем разработчики не оставляли попыток упростить командоаппараты, и основные надежды они возлагали на обработку поверхностей по шаблону. Этот способ управления траекторией был особенно эффективным прежде всего для поверхностей со сложной формой - снарядов и мин. В этом случае кулачок, управляющий поперечным движением резца, заменялся на шаблон - исчезала необходимость делать свертку образующей поверхность кривой в круговое движение, что существенно упрощало проектирование, изготовление и повышало точность - теперь управляющую поверхность можно было чертить на плоском стальном листе, по лекалам - мы почти сразу получали готовую деталь управления, тогда как с кулачками еще предстояла длительная отладка - тестовые проточки, обмер получившейся детали, подтачивание кулачка, снова тестовая проточка - для первых мин или снарядов мы делали до полусотни таких исправлений, пока не получали нужное движение резца.
И если с самой идеей работы по шаблону все было просто, то исполнение доставило много хлопот. Сложной была передача движения от шаблона к резцу. Ведь, напомню, резец испытывает нагрузки при резании, причем существенные. И если мы хотим автоматически управлять резцом для изготовления поверхностей вращения сложной формы, мы должны иметь возможность оперативно двигать его в поперечном направлении. С кулачками эта проблема была решена - они крепились на толстом жестком валу и находились локально - ехали вместе с суппортом, на него же и на вал и передавали нагрузки, соответственно они распределялись между механизмом вращения управляющего вала и цепью кулачок-резец. А шаблонам выдерживать нагрузки приходилось на гораздо больших расстояниях - собственно, вдоль всей обрабатываемой поверхности детали - попытки делать шаблоны в уменьшенном масштабе натолкнулись на погрешности и изготовления шаблона, которые увеличивались в соответствии с масштабом, и на работу передаточного механизма, так что мы стали делать только шаблоны в натуральную величину, поэтому им приходилось выдерживать нагрузки резания по всей длине - а значит их следовало крепить в надежных, жестких конструкциях. Да и плечо снятия управляющих усилий увеличивалось - шаблон близко к резцу не придвинуть, так как мешает суппорт, а это и увеличивает нагрузки, и вводит дополнительные механические передачи, то есть погрешности - мы попробовали несколько схем и все были как-то не очень. Требовалось разделить снятие траектории и собственно управление резцом. И лучше электричества для таких вещей еще не придумали. По этой схеме мы и пошли.
Первый электрический следящий привод мы сделали еще в середине сорок второго и работал он просто - щуп скользил по шаблону, прижимался к нему пружиной и, если шаблон "уходил" вглубь - то есть деталь становилась тоньше - щуп сдвигался вслед за ним и выступом надвигался на подпружиненный контакт, укрепленный на суппорте. Контакт включал электродвигатель и тот сдвигал суппорт вглубь, контакт вместе с суппортом тоже начинал сдвигаться - и так до тех пор, пока он не выходил из контакта со щупом - тогда двигатель останавливался. Если же шаблон уходил "наружу", щуп натыкался выступом на другой контакт и все повторялось, но в другом направлении.
Вроде бы все просто. Но наконечник щупа имел какую-то толщину, сам щуп двигался по шаблону с трением, так что возникали неточности, а необходимость зазора между выступом щупа и контактами приводила к неточностям перемещений. К тому же из-за толщины щупа криволинейные поверхности получались ступенчатыми, и чем выше подача, тем длиннее ступеньки. И даже на прямолинейных иногда появлялись ступеньки - мелкие неточности изготовления шаблона, дребезг щупа по поверхности шаблона из-за недостатка смазки - и вот появляются ложные срабатывания двигателя поперечной подачи. Да еще и сам двигатель имел инерцию включения-выключения, что требовалось учесть в шаблоне, либо уменьшить скорость продольной подачи - но это уменьшит скорость обработки. То есть стало даже хуже чем с механическими передачами, и народ уже начал было роптать "да нафига нам эта электрика, и без нее нормально все работает". Но я-то помнил что все станки с ЧПУ работали на электрическом приводе, поэтому настаивал на продолжении работ, тем более что занималось-то ими поначалу всего пять энтузиастов, и уж эти-то не роптали, хотя первые неудачи сильно подкосили их дух.
Но - глаза боятся, а руки делают. Сначала мы попытались избавиться от "ступенек", так как криволинейных поверхностей приходилось точить очень много, прежде всего - обтачивать поверхности снарядов на отлитых заготовках. Во втором варианте управляющего механизма мы добавили еще один щуп, двигавшийся на пару миллиметров впереди первого - так мы получили касательную к поверхности шаблона, а суппорт стал управляться разницей сигналов от щупов - выделили на это дело несколько операционных усилителей. Ступеньки сгладились, превратились в наборы конусных и цилиндрических поверхностей с шагом два-три миллиметра. И это была действительно победа - мы попробовали пострелять такими снарядами на полигоне и военные особой разницы не заметили, если только на дальних дистанциях. Для мин такая обточка увеличила разброс процентов на десять, то есть в принципе несущественно. Хотя и неидеально. Главное, что народ воспрял духом - все-таки технология показалась не слишком уж отстойной.
Следующим шагом мы переделали схему снятия траектории - теперь щупы не замыкали-размыкали контакты, а двигали рычаги потенциометров, которыми управлялась разностная схема - уменьшилось сопротивление, то есть щуп сдвинулся вперед - возникает сигнал одной полярности - двигатель суппорта включается в одном направлении. А если сопротивление увеличилось - то есть щуп сдвинулся назад - возникает сигнал другой полярности - двигатель работает в обратном направлении. Отлично. Ступеньки почти сгладились, а когда мы добавили интегрирование - почти совсем исчезли. Точность обработки стала уже треть миллиметра. В сентябре сорок второго на обточке снарядов и мин работало уже три таких станка. "Механические" станки тоже еще продолжали трудиться над такими изделиями, но обработку всех последующих криволинейных корпусов мы теперь стали выполнять только на таких станках, да и механику, по мере износа ее кулачков, мы переделывали на электрику - она оказалась значительно проще в подналадке - в ней и надо-то было подвигать переменные резисторы и конденсаторы - вместо подтачивания, а то и изготовления новых кулачков - изнашиваться в схеме управления было практически нечему, так как нагрузки в ней почти что отсутствовали, разве что на винт поперечной подачи суппорта - но по сравнению с криволинейными кулачками он имел простую, точнее - однотипную - форму поверхности, которую мог изготовить любой более-менее грамотный токарь.
Но хотелось большего. Так что в конце сорок второго к станку встала Ее Величество Цифра.
ГЛАВА 13.
Как и положено Настоящей Королеве, она не сразу приступила к делу - сначала знакомилась с ситуацией, примеривалась, пробовала, и только потом взялась за дело. Ну а мы как могли ей помогали.
Причем наша помощь началась задолго до того, как мы получили первые цифровые схемы. Сначала мы безо всяко задней мысли насчет цифрового управления просто пытались наладить производство у нас станков. Хоть каких.
Осенью сорок первого мы с моей подачи вознамерились было строить нормальные полноценные станки. Но как посчитали, сколько там потребуется шестеренок для той же коробки передач ... быстро большие объемы не осилим. Так, в советском токарном станке ДИП-200 - Догоним И Перегоним, с высотой центров над станиной 200 миллиметров - мы насчитали порядка сорока шестерен, передававших вращение от главного двигателя на ходовой вал.
Столько шестерен требовалось из-за универсальности станка. Так, он мог нарезать метрическую резьбу с шагом в полмиллиметра в диапазоне от 1 до 12 миллиметров - всего 25 ступеней. А еще - дюймовую резьбу в диапазоне от 2 до 24 ниток - всего 30 ступеней. А еще питчевая резьба, которая измеряется в числах Пи и для получения шага в дюймах Пи надо разделить на число питчей. Ее станок может нарезать с шагом от 7 до 96 питчей - всего 24 ступени. Ну и модульная резьба - с шагом от 0,25 до 3 модулей - всего 12 ступеней. Честно говоря, рехнуться можно. И от количества резьб, и от возможностей станка. Недаром он и назывался "универсальный". И недаром он был сложный. Всего на круг мы насчитали в нем почти 80 шестерен. Восемьдесят ! Там ведь еще шпиндель станка, который имел 23 шестерни и мог выдавать 18 скоростей в прямом вращении и 9 в обратном. И суппорт, где было с десяток шестерен. Думаю, там было с пару десятков метров зубчатых поверхностей. А то и больше.
Это все мы считали еще осенью сорок первого, когда я ляпнул, точнее, выдвинул предложение "Давайте делать свои станки" - было некоторое головокружение от успехов. Вот меня и постарались мягко приземлить. Но вышло другое - я задал следующий вопрос - "А зачем станку так много возможностей ?". Стали показывать и считать детали машин, механизмов, водопроводных и отопительных коммуникаций - получались тысячи, если не десятки тысяч разных деталей и соединений. А я все задавал и задавал вопросы - "А это зачем ?", "А там то же самое ... Не то же ? Ну ведь почти то же ?". В общем, народ сломал голову, пытаясь объяснить мне всю сложность, заключавшуюся в разнообразии применявшихся деталей, а я сломал себе голову, пытаясь понять - "А нафига столько всего и почти что однотипного ?".
В итоге пришли в некоторому компромиссу, что капиталисты, думающие только о своей прибыли, придумывают свои конструкции - и от незнания того, что делается у "соседа", и от желания привязать потребителя к своей продукции - чтобы тот покупал запчасти только у него, да и подсадить на свою продукцию не помешает - если уж начали ее использовать, то обучаются работе именно на ней, и если понадобится что-то еще - наверняка прикупят у того же производителя. С видами резьб почти такая же ситуация - сначала каждый городил кто во что горазд, потом не смогли договориться в мировом масштабе о единой системе - ведь тогда кому-то придется менять свою инфраструктуру, а она уже была немаленькой. Так и тащили этот "воз" дальше - совсем как со старым кодом в программах - вроде бы и надо переписать, чтобы упростить поддержку и модификацию, но и времени не хватает, и стремно - снова все менять и отлаживать. Дело знакомое.
Но у нас с инфраструктурой все было хорошо, в том плане что ее практически не было - те несколько десятков километров городских сетей, что присутствовали в БССР, все-равно скоро придется менять. Ну а производственные сети сами себя смогут переделать. Так что волевым решением мы приняли поддержку только метрической резьбы - где могли, стали отрезать старое и нарезать новую резьбу, а где все-таки требовалась именно стыковка со старой - ставили переходники, благо универсальные станки никуда не делись. Но и в остальных областях мы ввели строгую унификацию - по набору валов, шестерен, гаек, тяг, втулок и прочих фитингов. Правда, еще и сейчас эта работа не была закончена, так что для старой техники мы еще выпускали запчасти. Но - на универсальных станках.
А для новых деталей мы стали выпускать узкоспециализированные станки - очень быстро нам стало понятно, что "настоящую" промышленность мы не потянем. Скажем, одни станки могли обрабатывать детали длиной до сорока сантиметров и диаметром до десяти - как раз для всякой мелочевки. И стали должны использоваться конструкционные, то есть сравнительно мягкие, позволяющие работать на высоких оборотах без создания слишком жестких конструкций станков и применения мощных моторов. А уж для деталей из более твердой стали мы делали станки повышенной прочности и мощности. Ну и универсальные никуда не девались и были готовы обрабатывать заготовки, которые окажутся не по зубам нашим недо-станкам.
Эти ограничения по области применения станков позволяли существенно упростить коробки передач. Для совсем уж простых деталей было вообще достаточно ременной передачи со сменными шкивами - нужна другая скорость - переставляешь шкивы нужных размеров и точишь. Да и для более сложных деталей нами часто применялась такая же схема, только со сменными зубчатыми колесами, чтобы исключить проскакивание и обеспечить жесткость передачи - это позволило не тратиться на изготовление коробок передач для станков - как-то я не припомню, чтобы для обточки одной и той же детали требовались частые переключения - обычно основная обработка шла на одной скорости подачи и вращения, а чистовая - на другой. Ну так можно сначала обработать группу деталей начерно, затем вручную поменять скорость вращения шпинделя - и обточить их начисто. Да, будут потери - и времени из-за необходимости снимать крышку, менять зубчатые колеса или шкивы, закрывать крышку, и точности, времени - из-за переустановки деталей - так-то при обработке детали шкалы и нониусы выставлены под конкретную деталь, а когда ее снимают а затем ставят заново - требуется снова выставлять нули под конкретный вылет детали из бабки - он всегда будет немного различаться. Всегда да не всегда - вскоре рабочие просто начали применять упоры, по которым и выставлялись детали при повторных установках. По чистоте поверхности тоже все получалось не так уж плохо - зачастую было достаточно на последних проходах уменьшить подачу - и тогда точность детали и чистота поверхности удовлетворяли в большинстве вариантов. В общем, подобными мерами можно было решить многие проблемы - за счет некоторых потерь времени при перенастройке мы смогли получить много новых станков.