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.
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.