Кому стоять у станка

ВЕРШИНА ТОКАРНОГО ИСКУССТВА

Все, кто знаком с машиностроением, знают, что такое токарь или слесарь-лекальщик. А вот специальность токаря-лекальщика известна немногим. В профтехучилищах готовят токарей-универсалов, причем за 1,5—2 года. Но эта профессия сейчас настолько многообразна, что для освоения всех ее тонкостей, пожалуй, не хватит и целой жизни.

Посмотрите, сколько существует токарных специальностей: операционник, инструментальщик, расточник, затыловщик, резьбовик, карусельщик, ремонтник (токарь по авторемонту — это совсем особая специальность), доводчик, револьверщик и, наконец, лекальщик.

Что же все-таки делает токарь-лекальщик? Тут мне хочется вспомнить, как я постигал эту специальность. Было это в 1937 году на ленинградском заводе «Пневматика». Исполнилось мне тогда всего 23 года, и, пройдя четырехлетний курс обучения в специальном инструментальном училище (было такое тогда в Ленинграде), я уже имел 6-й разряд (по старой 8-разрядной сетке) и солидный, казалось бы, опыт работы по различным разновидностям нашей профессии.

На «Пневматике» я познакомился с двумя «королями» (так в Ленинграде называли токарей-лекальщиков 8-го разряда) Виктором Ивановичем Зайко и Александром Васильевичем Дмитриевым. Они делали резьбовые калибры. В то время еще не существовало резьбошлифовальных станков и изготовление полноценного резьбового калибра считалось высшим мастерством. Это была настоящая токарно-лекальная работа.

Что такое резьбовой калибр? Это эталон для измерения резьб, без которых невозможно сделать ни одной машины, прибора или механизма. Чтобы винты и гайки прочно и надежно «сшивали» машину, необходимо изготовить их по резьбовым калибрам определенного размера. Нужно, чтобы любая гайка, сделанная, скажем, во Владивостоке, точно и свободно навинчивалась на любой винт такого же размера, изготовленный за десять тысяч километров. Это возможно только тогда, когда на заводах есть хорошие резьбовые калибры — пробки и кольца. К резьбовым калибрам предъявляют очень высокие требования. Допуски на их средние диаметры исчисляются в микрометрах, а на углы профиля резьбы — в минутах. Чтобы калибры не изнашивались, их делают из высококачественной легированной стали, с очень высокой чистотой поверхности по профилю и хорошо закаленными.

В конструкции отбойных молотков и врубовых машин, которые делали на заводе «Пневматика», было много различных резьбовых соединений. Для того чтобы скрепляемые детали сделать взаимозаменяемыми, нужны были различные резьбовые калибры. Их-то и делали знаменитые токари-лекальщики Зайко и Дмитриев. Они вместе со всеми рабочими ходили обедать, шутили и балагурили, но в работе все же держались обособленно. Про свои дела они не говорили, и никто даже не пытался что-либо у них узнать.

Я познакомился с ними довольно быстро, но, следуя установленному обычаю, также ни о чем не расспрашивал. Правда, когда удавалось, приглядывался к их работе. Я скоро понял, что без специальных знаний, без освоения некоторых секретов изготовить резьбовые калибры невозможно. И еще я понял, что эти секреты Зайко и Дмитриев мне не откроют. И все-таки именно на «Пневматике» мне довелось сделать свой первый резьбовой калибр.

Так случилось, что Дмитриев заболел, а Зайко перешел работать на другой завод. Уже через месяц цех почувствовал отсутствие «королей». Для шпинделей врубовых машин нужно было срочно изготовить резьбовые калибры размером 90×6 миллиметров с метрической резьбой. Без них не пускали на сборку большую партию шпинделей к почти готовым врубовым машинам. Купить такие калибры было негде: никто их тогда не выпускал серийно, каждый завод делал для себя. Сложилось довольно затруднительное положение.

Однажды меня вызвал начальник цеха и, объяснив ситуацию, предложил мне сделать два резьбовых калибра. Я ответил, что не знаю, как их делают, что для меня это просто непосильная задача.

— А ты попробуй, — настаивал начальник, — не боги горшки обжигают. Сделаешь калибр — сразу присвоим тебе 7-й разряд.

Седьмой разряд в мои-то годы! Это было заманчиво. У меня был тогда друг и учитель — замечательный мастер токарного искусства, в совершенстве знавший все десять специальностей, в том числе и токаря-лекальщика, Павел Александрович Шведов. Прежде чем прийти на «Пневматику», я три года работал под его руководством на другом заводе. Вспомнив об этом, я согласился сделать калибры, выполнить, казалось бы, невозможное.

После беседы с Шведовым стало понятно, что даже такой замечательный учитель не в состоянии передать мне на словах все тонкости, которые надо знать при изготовлении резьбового калибра. Но кое-что он мне все-таки втолковал.

Три дня возился я с резьбовым калибром, оставался вечерами, но результат оказался неважным: в измерительной лаборатории сказали, что мой калибр — безнадежный брак, и объяснили, по каким причинам он не годен. Ошибки были почти по всем элементам. Стиснув зубы, я принялся за новый калибр, съездил еще раз к Павлу Александровичу. Его советы были для меня просто бесценны, без них я бы, наверное, никогда не стал токарем-лекальщиком.

И вот, наконец, наступил день, когда Центральная измерительная лаборатория завода дала заключение: резьбовой калибр для шпинделей врубовой машины 90×6 миллиметров годен по всем элементам. Меня опять вызвал начальник цеха, поздравил, пожал руку и сказал: «Спасибо, видишь, я в тебе не ошибся. Ты выручил цех. Со 2 января 1938 года присваиваем тебе 7-й разряд».

Вряд ли следует рассказывать о всех тонкостях и секретах тогдашнего токарно-лекального дела. Сейчас многое изменилось: появились «умные» машины, приборы и станки, упрощающие сложную работу токаря-лекальщика. Как-то я попробовал проанализировать искусство токаря-лекальщика, разложить его на слагаемые и выделить то основное, что отличает эту специальность от токаря вообще.

Половина тех знаний, которые тогда были необходимы для изготовления резьбовых калибров, теперь не нужна. Но другая половина будет необходима токарю-лекальщику еще долго. Токарь-лекальщик и сейчас обязан уметь делать прежде всего две вещи: снимать резцом стружку толщиной в одну сотую миллиметра с заготовок из различных сталей или твердых сплавов; уметь изменять конфигурацию детали в закаленном виде, точно выдерживать линии профиля резьбы, наблюдая через микроскоп с сорокакратным увеличением.

Мне пришлось иметь дело с множеством различных приборов и овладеть совершенно новыми для токаря понятиями. Пришлось изучить термическую обработку, причем довольно глубоко, что для обычного токаря совсем не обязательно. Пришлось вникнуть в работу Центральной измерительной лаборатории завода, познакомиться со многими тонкостями в области измерения углов, профилей и других параметров, научиться пользоваться универсальным микроскопом и оптиметрами. Если раньше при изготовлении различных червячных фрез и дисковых фасонных резцов одна сотая миллиметра казалась мне высшим пределом точности, то теперь эта «сотка» стала весьма грубой величиной. Пришлось развивать в себе так называемое «чувство микрона», т. е. умение чувствовать при обработке и измерении одну тысячную долю миллиметра.

Первое условие, которое стоит перед начинающим токарем-лекальщиком — это способность вырабатывать в себе это «чувство микрона». И еще одно требование — руки не должны быть влажными. Без «чувства микрона» нельзя сделать современный резьбовой калибр, а если стали влажными руки — нельзя браться за концевые меры длины.

Что такое концевые меры? Это набор небольших закаленных стальных пластинок различной толщины (от 0,3 до 300 миллиметров), изготовленные с точностью до одной десятитысячной доли миллиметра и доведенные до минимальной шероховатости. Их поверхности настолько тонко обработаны, что если их сложить, то под действием молекулярных сил они как бы «прилипают» друг к другу.

Токарь-лекальщик не может проработать без концевых мер ни часу. Если у него хоть немного увлажнятся руки, то, взяв в них плитку, он неизбежно оставит на ее зеркальной поверхности следы, переходящие быстро в коррозию. Такая плитка будет не пригодна к работе. Сами плитки проверяют на специальных приборах-интерферометрах, позволяющих измерять с точностью до одной десятитысячной доли миллиметра.

В то время все это было для меня такой премудростью, что голова шла кругом. Но постепенно я осваивался в мире малых величин и высокой точности. Конечно, кое-кто может быть с улыбкой воспримет мои воспоминания. Сейчас точность в одну десятитысячную долю миллиметра является порой недостаточной. Как уже было сказано, в некоторых отраслях техники измерения ведут уже не микрометрами, а ангстремами, т. е. десятитысячными долями микрометра. Но тогда, в конце тридцатых годов, на токаря, работавшего с точностью до одного микрометра, смотрели, кто с удивлением, а кто и с явным недоверием: что-то тут не так, разве может человек ощутить одну тысячную долю миллиметра? Просто фантастика! На заводе «Пневматика» я впервые ощутил, что такое микрометр. А через полтора года уже «крепко держал его в руках».

В настоящее время наша отечественная промышленность далеко шагнула вперед в достижении высокой точности обработки и измерений. Наши оптические заводы выпускают отличные приборы — интерферометры, оптиметры, профилометры, универсальные микроскопы и массу других «умных» приборов, облегчающих напряженный труд токаря-лекальщика. Эти приборы охотно покупают зарубежные фирмы и хорошо отзываются об их качестве.

Я уже много лет пользуюсь концевыми мерами из твердого сплава, отличающимися высокой точностью (1-й класс) и просто феноменальной долговечностью. Сколько бы ими ни пользовались, они не нуждаются в проверке. Делают эти чудо-плитки у нас в стране на заводе «Калибр».

Перед Великой Отечественной войной специальность токаря-лекальщика даже в Ленинграде была редкой. К тому же, как я говорил, эти мастера таили в секрете свои приемы труда. Бывало, подойдешь к специалисту, работающему на резьбовых калибрах, с каким-нибудь вопросом, а тот снимает со станка работу, спрячет ее в ящик, а потом уже начнет с тобой разговаривать. Узнать от него о какой-либо тонкости в работе было невозможно. Сейчас другое дело: за 25 лет моей работы в Москве мне удалось подготовить 30 учеников. Многие из них стали настоящими мастерами своего дела и работают на различных заводах нашей страны.

Разнообразна номенклатура работ токаря-лекальщика.

Я вкратце опишу несколько новых работ, сыгравших заметную роль в нашем самолетостроении, которые пришлось начинать и осваивать именно токарю-лекальщику.

Сначала я скажу несколько слов о резьбовых работах, так как все же основная продукция, выпускаемая токарем-лекальщиком, — это пробки и кольца. Диапазон размеров резьбы, на которые приходится делать калибры, сейчас очень велик. Мне, например, приходилось делать калибры размером от 1×0,2 до 280×4 миллиметров с метрической резьбой, калибры трапецеидальной резьбы с числом заходов от 1 до 10. И все это не за всю мою трудовую жизнь, а за весьма небольшой отрезок времени, когда осваивали производство только двух типов самолетов ИЛ-18 и ИЛ-62. Кроме этих видов резьбы, к конструкции самолета применяют еще множество других резьбовых соединений.

При создании некоторых современных машин появились совершенно новые резьбовые соединения, не известные ранее. Например, байонитное соединение (рис. 14). Это кольцевая трапецеидальная резьба, т. е. не винтовая непрерывная линия, а отдельные кольцевые выступы и канавки, расположенные друг от друга на расстоянии шага резьбы. Это соединение, как и все другие, имеет винт и гайку. Но для того, чтобы винт (в данном случае калибр-пробка) ввинтить в гайку, надо, чтобы выступы а (рис. 15) попали в такие же впадины (вырезы, которые выше наружного диаметра резьбы) гайки. После этого нужно повернуть калибр так, чтобы он своими кольцевыми резьбовыми выступами вошел в такие же резьбовые кольцевые канавки гайки. Получается такой своеобразный, очень надежный резьбовой замок, необходимый сейчас в некоторых машинах.

Рис. 14. Байонитное резьбовое соединение

Рис. 15. Калибр-пробка байонитного резьбового соединения

Изготовление таких резьбовых калибров потребовало от токаря-лекальщика не только высокой степени мастерства, но и изобретательства, без которого невозможно создание столь сложного измерительного инструмента.

Всего сейчас в машиностроении применяют более 60 видов резьбовых соединений, на которые необходимы калибры. Часть из них токарю-лекальщику сейчас помогает делать резьбошлифовщик, который прошлифовывает некоторые виды резьбы на пробках. Но большинство калибров-пробок приходится доводить, и сделать это может только токарь-лекальщик. А калибры-кольца на все виды резьбовых ходовых размеров (3—60 миллиметров) делает только токарь-лекальщик. Так что работы у токарей нашего профиля всегда хватает. Около моих трех станков сделан специальный стеллаж, куда складывают заказы, выполнить которые в связи с загруженностью я смогу только через 3—4 месяца.

Из некоторых новых работ, которые впервые пришлось осваивать именно токарю-лекальщику, я хочу отметить создание калибрового хозяйства для конической резьбы Бриггса. Эти калибры на первый взгляд представлялись настолько сложными, что даже ученые не смогли сказать, как же их сделать? А решил эту проблему токарь-лекальщик с московского машиностроительного завода «Знамя труда». По калибрам, им изготовленным, механические цехи стали делать новые штуцера с конусной наружной и внутренней резьбой для трубопроводов, связывающих гидравлические системы самолетов.

Другая немаловажная задача была решена также токарем-лекальщиком при освоении нового вида подшипников для некоторых типов самолетов. Так называемые сферические подшипники скольжения имеют целый ряд преимуществ перед известными шариковыми и роликовыми. Они раз в пять легче и имеют необычайно плавный ход при вращении. Поэтому они сразу привлекли внимание самолетостроителей. Однако осваивать первые партии этих подшипников опять поручили токарю-лекальщику. Малые допуски на кривизну наружных и внутренних сферических сопрягаемых поверхностей, очень малая допустимая шероховатость — все это требовало специальных знаний, технологической выдумки и высокой культуры работы. Токарь-лекальщик разработал технологический процесс, изготовил первые партии новых подшипников, обучил других токарей и только тогда было практически налажено производство необходимых заводу подшипников.

В пятидесятых годах мне пришлось решить еще одну задачу, которая, видимо, в какой-то мере облегчила работу самолетостроителей-сборщиков. Однажды меня пригласил к себе начальник Центральной измерительной лаборатории завода Виктор Николаевич Фалеев и сказал:

— Есть одна серьезная проблема, может быть тебе удастся что-нибудь придумать!

А заключалась она в следующем: все плоскости самолета (крылья, хвостовое оперение и т. д.) проверяют по нивелирам. По существовавшим нормативам одна плоскость, скажем хвостового оперения самолета, может быть выше другой плоскости на 40 миллиметров. Таков допуск на изготовление. С точки зрения токаря это была огромная величина, так как я уже привык к допускам в 2—3 микрометра. Однако при изготовлении самолета «поймать» эти 40 миллиметров тогда было нелегко.

Для того чтобы увидеть в нивелир отклонение в 40 миллиметров, надо его уровень устанавливать с точностью до 10 секунд, а нивелиры имели уровни с точностью всего лишь 40 секунд. Она была вполне достаточна для землемерных работ и при строительстве зданий. Но на заводе ведь делали самолеты! Задача была ясна. Надо сделать нивелиры, пригодные для проверки плоскостей самолета. Я был несколько удивлен, когда Виктор Николаевич Фалеев обратился ко мне с таким вопросом, ведь я токарь и в оптике не силен.

Но Виктор Николаевич настойчиво и терпеливо разъяснял мне принцип работы нивелира. В конце концов я понял, что точность его зависит от стабильности показаний уровня. При повороте оптической трубы нивелира воздушный пузырек уровня должен стоять на месте. Малейшее отклонение этого пузырька от горизонта хорошо видно через оптические призмы, увеличивающие изображение в несколько раз.

При работе с нивелиром складывалась картина, схематически изображенная на рис. 16. Установив нивелир 1 по уровню правильно (в поз. 2 виден пузырек уровня через оптические призмы), сборщик нацеливает оптический крест нивелира на правую плоскость самолета. Потом он поворачивает трубу нивелира на левую плоскость и смотрит, насколько она не совпадает с оптическим крестом. Казалось бы, все просто. Но не тут-то было. При незначительном повороте трубы уровень обязательно смещался на величину а (поз. 3). Величина а и есть те 40 секунд, на которые наклонилась или поднялась оптическая труба при повороте. Отклонение в 40 секунд для трубы длиной 300 миллиметров величина, конечно, очень маленькая. Однако если оптическую ось трубы продолжить на 50—60 метров, т. е. на то расстояние, с которого ведется проверка плоскостей самолета, то ошибка уже будет 100 миллиметров. Получается, что сборщик должен поймать нивелиром допуск в разнице между плоскостями 40 миллиметров, а сам нивелир у него ошибается на 100 мм. Никакой проверки не получалось. Отчего же происходит такая нестабильность положения оптической оси при повороте трубы?

Рис. 16. Установка нивелира для проверки плоскостей самолета

После долгих поисков и размышлений мы установили, что дело тут не в оптике, а в механическом соединении вертикальной оси, на которой вращается труба, и основания (так называемой баксы), на котором покоится эта ось. На рис. 17 показана схема основания нивелира. Как бы ни был идеально притерт конус оси 2 с баксой 3, при повороте он неизбежно наклонит или поднимет трубу 1 на микроскопическую величину 40 секунд. А этого уже достаточно, чтобы ошибиться при проверке плоскостей на 100 миллиметров.

Мое предложение заключалось в следующем. Ось и баксу нивелира делать не конусными, а цилиндрическими. То и другое изготовлять из стали и закаливать до большой твердости, как калибры. Наружную поверхность оси и внутреннюю поверхность баксы доводить до 12-го класса чистоты, и ось вставлять в баксу с зазором 1,5 микрометра. Такое соединение возможно только при использовании тонкого костяного масла.

Схема нового соединения показана на рис. 18. Из нее ясно, что самое большое отклонение, которое может получить оптическая труба при повороте, можно определить, узнав угол а: tg a=0,00075/100, откуда а=4″.

Практически, при хорошем исполнении, эта величина оказывалась еще меньше и не ощущалась даже самым чувствительным уровнем.

Рис. 17. Основание нивелира старой конструкции

Рис. 18. Основание нивелира новой конструкции

Когда я выступил с таким предложением, не все с ним были согласны. Но я уже не обращал внимания на это и был уверен в правильности своей идеи.

В создание первого такого нивелира мне пришлось вложить все свое искусство токаря-лекальщика, «отточенное» за годы предыдущей работы. В итоге все получилось так, как я и предполагал. Чудес в технике не бывает. Нивелир был хорошо принят сборщиками. Вскоре я получил заказ на переделку 40 нивелиров по новым чертежам. Таким образом мое предложение было принято и отмечено руководством завода. Я был очень рад, что помог сборщикам. Они очень хорошо отзывались о новых нивелирах.

Я не задавался вопросом: «Почему?» А ведь это вопрос не праздный. Только спустя два года, после долгих раздумий и сомнений вместе с В. Н. Фалеевым мы нашли разгадку. Вот в чем она заключалась. Притирка конусов баксы и оси нивелира, даже самая тщательная, не могла дать идеального результата потому, что окружные скорости на поверхности конуса были разные. У основания конуса с большим диаметром окружная скорость была в 2,5 раза больше, чем у основания с меньшим диаметром. Поэтому во время притирки (т. е. вращения) наружного конуса относительно внутреннего конуса баксы частички абразива всегда снимали больше металла к основанию конуса с большим диаметром. В результате соединение после промывки всегда имело опору только на поверхность с меньшим диаметром сечения конуса. Конечно, это была ничтожно малая величина, зазор у верхнего основания конуса достигал всего 0,002—0,003 миллиметра на каждую сторону. Однако этого было достаточно для того, чтобы при повороте оптической трубы чувствительный уровень оптической оси смещался на 40—50 секунд.

В цилиндрическом соединении теоретически возможное смещение оси нивелира определялось зазором 0,00075 миллиметра на каждую сторону. Практически же учитывая масляную прослойку, это смещение было еще меньше. При пересчете на угловые величины оно составляло всего 2 секунды. Кроме того, поверхности наружного и внутреннего цилиндров, шероховатость которых доведена до 0,04—0,02 микрометра, позволяют поворачивать трубу легким прикосновением пальца, что также способствовало точности установки.

Осуществление этого предложения оказалось возможным только потому, что я до этого прошел большую школу токарно-лекального мастерства и отлично знал все тонкости доводочного искусства. Не каждый, даже опытный, токарь сможет подогнать поверхности наружного и внутреннего цилиндра с зазором 1,5 микрометра. Из этих примеров ясно, что творить новое можно только после тщательного и всестороннего изучения и освоения своей профессии.