Попытка вручную передвигать продольный и поперечный суппорты заранее обречена на провал. Никакому самому квалифицированному токарю не удастся так плавно и точно поворачивать рукоятки, как это необходимо для изготовления качественного изделия. И тем более не удастся от раза к разу повторять эти движения, если надо обработать несколько одинаковых изделий.
Существуют два способа решения этой задачи. Первый — связать движения обоих суппортов специальным механизмом, например шарнирным. При движении продольного суппорта придет в движение поперечный, перемещая резец относительно обрабатываемого изделия.
Только следует так подобрать размеры звеньев механизма, чтобы хоть одна из их точек (конструктору надо знать, какая именно!) двигалась точно так, как надо, для обработки заданного профиля. Это очень неприятная задача. Достаточно сказать, что ею занимаются еще со времен Уатта, а исчерпывающего решения нет до сих пор. И самое неприятное то, что если профиль обрабатываемого изделия нужно изменить, то всю процедуру проектирования механизма и его изготовления нужно повторить в полном объеме с самого начала.
Задачу обработки криволинейного профиля решают и по-другому — примерно так, как это сделал около двухсот лет назад русский изобретатель Андрей Нартов, механизировав изготовление ряда одинаковых изделий путем копирования образца.
Как это выглядит, известно многим. Продольный суппорт движется, как обычно, вдоль заготовки. В это время ролик обкатывает образец, называемый копиром, и тянет за собой поперечный суппорт с резцом. Резец обтачивает заготовку так, что получается изделие, похожее на копир. Чтобы изготовить деталь другого профиля, нужно только заменить копир на новый. Но, конечно, этот новый копир нужно сначала изготовить — ведь без него обойтись совершенно невозможно. Невозможно ли? Подумайте, пожалуйста, сами. Позже нам придется вернуться к этому вопросу.
Методы копирования прижились, и в цехах можно встретить много копировальных станков: токарных, фрезерных и других — вплоть до гигантов, обрабатывающих изделия двадцатиметровой длины.
В предыдущей главе речь шла о руках машины — ее механизмах. Но вы, наверное, уже обратили внимание, что там ни словом не упомянулось об обратной связи, а в этой главе термин «обратная связь» встречается почти так же часто, как табачные киоски на пути человека, решившего бросить курить.
Это недоумение легко разъяснится, как только познакомимся с двумя механизмами, применяющимися в копировально-фрезерных станках.
Вот первый из них.
На столе станка, кроме заготовки, устанавливается копир — точная модель того изделия, какое должно быть изготовлено. Заготовка и копир приводятся во вращение с одинаковой скоростью. В постоянном соприкосновении с копиром находится ролик, который в процессе вращения копира катится по его профилю, в точности следуя очертаниям последнего. Движение ролика повторяет связанная с ним фреза. Она движется относительно заготовки, «перенося» на нее размеры и конфигурацию модели.
Копир содержит всю информацию, необходимую для обработки изделия. Ролик считывает эту информацию и через жесткую механическую передачу управляет фрезой.
Через эту же передачу течет поток энергии, обеспечивающий рабочие усилия. Потоки энергии и информации текут по одному «каналу». В этом случае цепь управления может быть разомкнутой, состоя только из одного полукольца, которое в случае копировального станка выглядит так: копир — жесткая передача — изделие.
По разомкнутой схеме работают наряду со многими другими все те машины, с которыми мы знакомились в предыдущей главе, и в их числе самая точная в мире делительная машина. Естественно, что там совершенно не понадобился термин «обратная связь».
Но «за спиной» у любого преимущества всегда скрывается какой-нибудь, недостаток. И у разомкнутой системы управления, построенной с использованием одних только жестких передач, есть, конечно, недостатки. Во многих случаях они делают нецелесообразным, а подчас и просто невозможным ее использование.
Представьте себе, что речь идет о системе управления большим кораблем. Мало того, что сила сопротивления воды, действующая на руль такого корабля, может достигать многих тонн и задача непосредственного управления им явно непосильна для человека. Конструктор корабля еще должен учитывать, что расстояние между рубкой рулевого и рулем может достигать нескольких десятков метров. Попытка связать штурвал и руль такого корабля жесткой передачей кончилась бы неудачей.