Перелом (часть 3)

ГЛАВА 12

.

Причем это была не единственная вычислительная машина, что работала на управляющих задачах. Так, у нас уже эксплуатировалась в тестовом режиме УВМ токарного станка - она днями и ночами вытачивала разные оси и болты - мы отлаживали способы управления с помощью вычислительной техники, а то автоматы и полуавтоматы, работающие по шаблонам и механическим блокам управления, были, конечно, классной штукой, но уж слишком часто их приходилось налаживать - подсточился резец - переналадка, расширился металл от нагрева - снова переналадка, а уж если промялся шаблон, или поверхности деталей в механизме отслеживания траектории - совсем труба - ведь траекторию, снимаемую с шаблона, надо передавать на резец, а на нем действуют большие нагрузки резания - следовательно, эти нагрузки должны выдерживаться и всей системой передачи траектории. Так что если для черновой обточки эти механизмы еще годились, то для попадания в допуски менее трети миллиметра все-равно требовался человек.

Ну, мы-то тем не менее широко использовали автоматы - они экономили нам уже тысячи человеко-часов в сутки - обточка осей, снарядов, зубчатых колес, картеров - все это выполнялось полуавтоматами или автоматами, пусть зачастую и в черновой обработке - человеку оставалось снять уже полмиллиметра максимум, а не десятки. А в последних версиях станков-автоматов мы отлавливали уже десятые доли миллиметра - помассивнее суппорты и направляющие, чтобы уменьшить вибрации и прогибы, дополнительные направляющие, параллельные основным, чтобы этим плечом обеспечить жесткость, дополнительные опорные поверхности, закалка кулачков и напыление износостойких металлических и керамических покрытий - народ понемногу навострялся проектировать системы автоматической обработки металлов.

Собственно, в автоматизации металлообработки мы были далеко не первыми и уж тем более не открыли Америку, где эти работы начались еще в 19м веке - сначала в середине века там изобрели револьверный станок, который позволял быстро менять режущий инструмент, затем в 70х годах появился первый токарный автомат - управление в нем выполнялось с помощью вращающегося вала, на котором были насажены кулачки с фасонными поверхностями. Затем станки-автоматы стали там появляться как грибы после дождя - сверлильные, для накатки резьбы, прорезания шлицев, фрезерные. В 90х годах появились и многошпиндельные станки. Так что неудивительно, что вскоре Америка отняла у Англии прозвище мировой фабрики.

СССР тоже активно развивал это направление. В первую пятилетку страна сосредоточилась на обычных станках, и если в 1927 году было выпущено 18 тысяч металлорежущих станков, то в 1932 - уже 46 тысяч, в основном универсальных - сорока типоразмеров. В этом же году прошли Первая конференция работников конструкторских бюро станкостроителей, а в июле -- Первое Всесоюзное совещание работников станкостроительной промышленности, обсудившие типаж станков на 1932-1936 года и ряд предложений по развитию станкостроения в СССР. В июне 1933 года было издано постановление "О дальнейшем развертывании станкостроительной промышленности", где говорилось в том числе "Начать с конца 1933 г. производство одношпиндельных автоматов и полуавтоматов, а в 1934 г. - многошпиндельных автоматов.". В 1933 на Горьковском заводе фрезерных станков начали выпускать копировально-фрезерные станки, в 1934 на Московском автозаводе стали использовать многошпиндельный сверлильный станок, которым просверливали 24 отверстия в заднем мосту автомобиля, Московский завод имени Орджоникидзе начал выпускать токарные многорезцовые полуавтоматы модели 116. Последние обрабатывали детали диаметром до 200 и длиной до 1200 миллиметров.

В СССР разрабатывались и целые автоматические линии. ЭНИИМС - Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков - разработал свои первые линии еще в 1936 - примеривались к новой технологии. В 1937-40 годах на СТЗ Иван Петрович Иночкин разрабатывал автоматические линии. Так, его линия по обработке ступиц для трактора СТЗ-НАТИ была запущена в опытную эксплуатацию 25 ноября 1939 года, существенно ускорив работы - если раньше семеро рабочих выдавали в час 25 обработанных ступиц, то с линией двое рабочих делали 75. Позднее он разработал линию по обработке чугунного корпуса уплотнителя - она состояла из четырех агрегатных станков и того самого станка модели 116. Как и в первой линии, перемещение и закрепление деталей в станках выполнялось автоматически с помощью манипуляторов, разработанных изобретателем. Заготовки шли к станкам по наклонным ручьям, подхватывали цангами, обтачивались, шли дальше, разворачивались, снова подхватывались и обтачивались начисто. А на 1м ГПЗ были созданы линии для токарной обработки и шлифования деталей подшипников.

В 1940 выпускали уже 58 тысяч станков 320 типоразмеров.

Мы также пошли по этому пути. Для начала, потренироваться, мы создали станок по обточке валов. Ну - не то чтобы создали - модернизировали один из универсальных токарных - добавили электромуфту для включения-выключения главного хода, вал с кулачками - и схему управления от него двигателем и муфтой. Данная модель только делала несколько проточек заготовки до нужного размера, который определялся лишь количеством проточек - один оборот вала с кулачками задавал одну проточку, в конце, после отвода суппорта, кулачок толкал храповый механизм, который который сдвигал суппорт на следующую глубину проточки. И по новой - количество проточек определялось отдельным храповым механизмом, также сдвигавшимся управляющим кулачком. Смены скоростей резания и подачи не выполнялось - эти значения выставлялись рабочим и затем не менялись. Поначалу мы протачивали только одну ступицу вала. Затем добавили проточку по всей длине - тут потребовалось добавить кулачки для ограничения хода в зависимости от номера проточки. Затем таким же образом доработали еще несколько станков - и они начали вытачивать валы круглыми сутками, причем обслуживанием занимались только два рабочих вместо десяти - установка-снятие деталей, проверка размеров, смена инструмента - эти работы выполнялись вручную, но сама проточка шла автоматически. Из-за неточностей изготовления кулачка, нестабильности электропитания, постепенного износа инструмента поперечный сдвиг и последующая обработка шли на величину с некоторым допуском, поэтому оставшийся металл снимали рабочие на отдельных станках. Но - не на всех участках деталей, а только на сопрягаемых с другими деталями поверхностях.

Причем создание полуавтоматов и автоматов было не единственным направлением интенсификации обработки металлов. Мы вообще начинали с двухрезцовых токарных станков, управляемых человеком - если в обычном станке резание выполняется одним резцом, закрепленным в резцедержателе, рассчитанном на один-два резца со сменой позиций, причем резание в каждый момент времени выполняется только одним резцом, то для многорезцовых станков разрабатываются специальные приспособления - резцедержатели. При этом все резцы движутся и обрабатывают деталь синхронно и на одно и то же расстояние, соответственно, их надо устанавливать так, чтобы они обтачивали каждый свою плоскость. Например, если вал имеет три цилиндрических поверхности уступом, то их можно обтачивать сразу тремя резцами - каждый свою поверхность. Работа ускоряется в три раза. Само собой, поверхности должны иметь одинаковую длину, разве что поверхность с наибольшим диаметром может быть короче, но после нее должно быть пустое или ненужное пространство, куда сможет продвинуться ее резец, пока остальные дотачивают свои участки. Ну или ставить на более длинную поверхность два, три резца - чтобы для каждого длина хода не превышала длину самой короткой поверхности, в крайнем случае - доточить на однорезцовом станке те места, куда не достали многорезцовые приспособления - это всяко быстрее, чем вытачивать все одним резцом. Технологам было над чем поломать голову, но зато, разработав держатель для конкретной детали, можно было обрабатывать ее значительно быстрее - главное было определить поверхности, которые можно обрабатывать одновременно. Ну и чтобы мощности двигателя и жесткости станка хватило на увеличившиеся нагрузки. Уже к апрелю 1942 года с помощью десятков таких приспособлений для токарных станков, пусть пока еще управляемых человеком, мы экономили сотни человеко-часов в сутки.

Собственно, подобными приспособлениями, а то и без них, советские рабочие и до войны неоднократно перевыполняли планы. Помимо известного мне Стахановского движения тут было и движение, например, двухсотников - рабочих, постоянно выполняющих план на двести процентов. И с началом войны оно только ширилось, как ширились и движения трехсотников, пятисотников и даже тысячников. Зачинателем последнего стал фрезеровщик Уралвагонзавода Дмитрий Босый. Он и без приспособлений выполнял норму на двести, триста процентов, что в общем-то далеко не всегда сложно - помнится, в школьные годы в УПК я также выполнял норму как минимум в полтора-два раза, причем, как мне сказали - нормальной, взрослой нормы, правда, при этом добавили "Еще бы посещал регулярно - получил бы пятерку, а так - только четверка". Но денег платили аж десятку - а для советского школьника это просто дофига - в день-то ! Я как посчитал, что за полную смену это уже двадцатка, а за месяц - четыреста рублей ... да у меня родители получали по 130-150 в месяц ! Вот и задумывался - а нужно ли оно мне - высшее образование ... Правда, тут вспоминался разговор, что я слышал в бане еще до перестройки - как там один мужик рассказывал своей компании - "Я выработку повышу, а мне - херак! - и снизят расценки !". В общем, все было не так уж и просто с зарабатыванием. Но с перевыполнением нормы я не особо и напрягался - главное - сосредоточенность, присутствие внутри своих действий.

А в начале февраля 1942го Дмитрий выполнял норму на 800 процентов. Тут одной сосредоточенностью уже не обойдешься - нужно включать соображалку. Соображалка у Дмитрия работала - он придумал и сделал приспособление, которым можно было зажимать сразу три детали. Но дальше повысить производительность не получалось - при увеличении подачи ломались фрезы на его горизонтально-фрезерном станке. Тогда Дмитрий покумекал, поколдовал с инструментальщиками - и получил спецфрезы, которые могли делать сразу несколько проточек за один проход - производительность повысилась до 1480 процентов, причем он работал уже на двух станках и еще на одном обучал девчушку. К концу февраля он стал выдавать норму в 5751 процент - на одном станке стояли три фрезы, на двух - по одной - и Дмитрий перемещался между двумя станками - пока на одном шла автоматическая подача, он на другом менял заготовки и запускал обработку, да еще присматривал, как идут дела у его ученицы. Сорок норм в смену. Один иностранный корреспондент так и назвал этот трудовой подвиг - "Тайна сорока норм". И это был не единичный пример. Так, на том же УВЗ к марту уже 32 человека выдавали по десять и более норм за смену, два токаря выполняли норму на 2800 процентов - то есть выдавали 28 норм, а один фрезеровщик - так вообще - 12611 процентов - работал за 126 человек ! Все эти подвиги широко освещались в печати, так что мы были в курсе, а потом, когда наладился канал обмена опытом, мы получили и подробности, многие из которых мы также применяли на практике.

Но и до этого мы наращивали интенсивность и гибкость металлообработки. Вскоре мы перешли к настраиваемым резцедержателям, в которых положение резцов можно было регулировать по положению вправо-влево и по выдвижению глубже-мельче - стальными прокладками и клиньями на винтах. То есть появилась возможность настраивать длину и глубину обработки конкретной поверхности без перепроектирования оснастки. А так как износ резцов шел с разной интенсивностью, рабочему приходилось каждые десять-двадцать-пятьдесят деталей - в зависимости от обрабатываемой стали - пододвигать и снова закреплять, а то и заменять отдельные резцы. Но эти потери времени были гораздо меньше по сравнению с обработкой одним резцом последовательно каждой поверхности. С введением же сменных резцедержателей простои станков на подналадку сократились - отдельный работник выставлял резцы на своем рабочем месте и потом передавал держатель станочникам, которые заменяли его и продолжали работу, тогда как настройщик выверял переданные ему взамен резцедержатели - замерял вылет режущих кромок, при необходимости подвигал винтами резцы вперед, а то и заменял их на новые, а притупившиеся отдавал на переточку.

И это был не единственный шаг в интенсификации работ - мы стали разрабатывать многошпиндельные станки. Так, одна из шестерней от танка T-IV имела несколько наклонных, цилиндрических и горизонтальных поверхностей, а также глубокие проточки, да еще и отверстие имело семь шлицев. Сложная деталь. А ремонтировать технику надо. Так специально для нее мы создали четыре многошпиндельных и многорезцовых станка - на основе стандартных, но с дополнительными агрегатами, механизмами и приспособлениями. Первый - одношпиндельный - выполнял за один ход наружное точение всех цилиндрических поверхностей и черновое протачивание отверстия, для чего в нем было шесть резцов - два обтачивали внутреннюю поверхность отверстия, четыре - три цилиндрических наружных поверхностей. Все резцедержатели двигались вперед-назад, то есть в одной плоскости, и резцы торчали из них как иголки из сильно полысевшего ежика. Второй станок имел два шпинделя - первым выполнялось зенкерование отверстия для вала - этот шпиндель имел небольшой ход, который выполнялся автоматически. Второй шпиндель вращал деталь, которую при этом обрабатывали три резца - они обтачивали две наклонные поверхности, при этом резцедежатель шел под углом к оси вращения - как раз вдоль поверхностей. Третий станок обрабатывал поверхности, перпендикулярные оси детали, а также делал проточки - разделители между будущими зубчатыми поверхностями - тут работало аж восемь резцов. Ну и четвертый станок делал протяжку шлицев.

Причем, как только мы отладили всю эту конструкцию и запустили производство шестерней, наши конструкторы уже разработали более простую замену немецкой механики, так что, выточив на этих станках порядка тысячи шестерен, мы прекратили их выпуск - внутрь немецкой техники все более сильным потоком шла наша механика, оставляя от оригинала разве что бронекорпуса. Но работа не прошла зря - поначалу мы хотели было отправить эти и другие готовые шестерни и прочие детали в переплавку, так как нам они не подходили, но решили погодить и правильно сделали - трофейная бронетехника продолжала поступать. Но самое главное - мы научились конструировать и отлаживать такие многорезцовые станки, а конструктора в дальнейшем старались проектировать детали с учетом минимизации технологических операций и потребного оборудования - например, если необходимо на детали выточить две наклонные поверхности, то их наклон старались сделать одинаковым, а длину выбрать такой, чтобы их можно было обработать двумя резцами за один проход на одном станке с одной установки. Это порой слегка увеличивало вес деталей, зато существенно упрощало их изготовление. Немцы же, разбалованные большим количеством квалифицированных станочников, не часто занимались такой оптимизацией - усилия немецких конструкторов были направлены как раз на оптимизацию самих деталей, что давало, конечно, преимущества в эксплуатации, но создавало узкие места в производстве. У нас же производство изначально было таким узким местом - его-то мы и старались расшить за счет конструкции деталей, рассчитанной на многорезцовую обработку.

И вот - от многорезцовых станков, которыми управлял человек, мы начали понемногу двигаться к полуавтоматам и даже автоматам - в последних сменой заготовок занимались манипуляторы. Все эти хитрые приспособления, что мы разработали для станков с ручным управлением - головки с несколькими резцами, зажимы, дополнительные шпиндели - мы применяли и в автоматах, но в них добавлялся блок управления. Первые блоки, как я упоминал в начале главы, были чисто механическими, каждый исполнительный механизм - включения и отключения, подачи - управлялись кулачками и штифтами, а количество проходов - храповыми механизмами.

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.