В станках с ЧПУ все элементы программы: направление, величина и скорости, заданных рабочих и вспомогательных перемещений, порядок работы исполнительных органов и другие элементы цикла (например, автоматическая смена режущего инструмента) задаются в цифровой форме, т. е. в виде чисел, расположенных в определенном порядке и записанных определенным образом с помощью какого-либо кода. Код представляет собой условную запись числа или действия, позволяющую достаточно простым способом получить изображение этого числа (действия) в форме, удобной для использования в системах программного управления. Различные коды, применяемые в станках с ЧПУ, характерны тем, что любое число, представляющее заданное перемещение исполнительного органа, изображается в виде какой-либо комбинации, состоящей только из двух различных цифр 1 и 0.
Главным достоинством такой записи является удобство преобразования информации. Для автоматической записи или воспроизведения какого-либо сигнала в этом случае можно использовать широко применяемые в автоматике реле. Реле имеет два состояния: включено и выключено. Принимая одно из состояний реле (например, включенное) за единицу, а другое — за ноль, можно с помощью наборов реле записывать или воспроизводить любые цифровые команды. Естественно, что можно кодировать не только длины перемещений исполнительных органов, но и их направление, скорость, последовательность и другие команды.
В общем случае всякий код, применяемый в системах числового программного управления, складывается из двух основных элементов: кода перемещений и кода вспомогательных команд.
При этом способ кодирования в общей программе может быть различным для перемещений и вспомогательных команд. Например, заданные перемещения можно изображать комбинацией цифр (например, 1 и 0), а вспомогательные команды (технологические и логические) — буквами. Однако проще всего механически или автоматически записывать и воспроизводить программу в том случае, если все команды будут закодированы с использованием одних и тех же условных знаков, например, 1 и 0. Для этого достаточно условиться, что определенное сочетание единиц и нулей означает команду «рабочая подача вперед», другое сочетание — команду «включение подачи охлаждающей жидкости», третье сочетание — команду «смена режущего инструмента» и т. д. Поэтому большинство кодов, применяемых в системах числового программного управления, в том числе и так называемые буквенно-цифровые коды являются по существу цифровыми кодами.
При использовании современных электронных систем управления оператор может вводить исходную информацию непосредственно в память запоминающего устройства. В этом случае память становится программоносителем. Программа также может быть записана на внешнем программоносителе заранее. Такая информация считывается и затем преобразуется в управляющие команды, воздействующие в заключение на различные исполнительные приводы объектов управления.
При использовании перфолент в качестве программоносителей и выборе кодов для записи информации об обработке применяют восьмидорожковую ленту шириной 25,4 мм (1 дюйм) и международный код ISO-7 bit, в основу которого положена двоичная система счисления (1 бит соответствует одной единице информации). В некоторых случаях программоносителями могут быть магнитные ленты, гибкие магнитные диски или блоки памяти с клавишным вводом информации. Наличие сигнала записывается на программоносителе пробивкой отверстия, магнитным «штрихом» или состоянием ячейки памяти и соответствует единице кодовой информации. Минимальный объем информации, занимающий несколько поперечных строк на ленте (например, скорость, номер кадра или информация, определяющая одно перемещение), составляет слово. Несколько слов, содержащих полную информацию любого законченного технологического перехода (например, обработка участка, детали каким-либо инструментом с определенными режимами резания), обозначается кадром. Условная запись структуры (длины слов) и расположения слов в кадре управляющей программы с максимальным числом слов устанавливается форматом кадра. Для кодирования цифр, знаков и заглавных букв всего латинского алфавита, а также признаков всех составляющих частей кода ISO-7 bit использованы семь двоичных разрядов (7 бит). Запись числовой части информации производится в двоично-десятичной системе счисления (каждый разряд десятичного числа представлен двоичным числом). Признаками записи чисел или букв являются пробивки отверстий на 5, 6 и 7-й дорожках. При записи информации на ленту применяется адресный способ и запись производится участками переменной длины вдоль ленты — кадрами. При этом способе записи числовому значению информации предшествует знак адреса, определяющий принадлежность этой информации, соответствующей команде управления. В каждом кадре программы записывается только та информация, которая изменяется по отношению к предыдущему кадру.
Для проверки правильности информации каждая строка ленты (одна кодовая комбинация, располагаемая поперек ленты) автоматически и на многих стадиях передачи информации контролируется на четность числа единиц (пробивок на ленте). Для контроля четности используется восьмая дорожка ленты, на которой в случае «нечетной» кодовой комбинации автоматически пробивается дополнительное отверстие. Между третьей и четвертой дорожками при перфорировании ленты пробиваются отверстия меньшего диаметра. Эту дорожку называют транспортной, или (импульсных посылок) дорожкой синхросигнала (тактирующей), обеспечивающего более четкое чтение информации. Каждому направлению перемещений рабочих органов станков присваивают заранее определенные координаты и соответствующий адресный символ, например, X, У, Z, W и т. д. Поэтому очень важно, чтобы станки, в какой бы стране их не выпускали, имели одинаковые значения направления перемещений и символику. Это позволяет применять единый знак программирования.
Для обеспечения единства трактовки международный стандарт ISO-R 841 и отечественный отраслевой устанавливают номенклатуру и единое направление осей координатных систем металлорежущих станков, обязательные для всех изготовителей. На рис. 19.4 приведены некоторые типы станков с указанием положения и направления осей их координатных систем: станки токарно-револьверный (рис. 19.4, а), лоботокарный (рис. 19.4, б), токарно-карусельный (рис. 19.4, в), консольно-фрезерные вертикальный (рис. 19.4, г) и горизонтальный (рис. 19.4, д), продольно-фрезерные вертикальный (рис. 19.4, е), двухстоечный (рис. 19.4, ж) и с подвижным порталом (рис. 19.4, з), фрезерный с поворотным столом и поворотной бабкой (рис. 19.4, и), горизонтально-расточные с неподвижной (рис. 19.4, к) и продольно-подвижной передней стойкой (рис. 19.4, л), продольно-строгальный (рис. 19.4, м), кругло- (рис. 19.4, н) и плоскошлифовальный (рис. 19.4, о), а также дыропробивной пресс с револьверной головкой (рис. 19.4, n), намоточная машина (рис. 19.4, p), газо-резательная машина (рис. 19.4, с) и графопостроитель (рис. 19.4, m).
Стандартом ISO-R841 принято положительным направлением перемещения элемента станка считать то направление, при котором обрабатывающий инструмент (его держатель) и заготовка отступают друг от друга. Из сказанного следует, что в процессе сверления, растачивания, обтачивания перемещения инструмента или заготовки осуществляются в отрицательных направлениях.
Считанная с первоисточника информация по мере ее продвижения по каналам связи и блокам устройства управления претерпевает ряд превращений: считывание информации с чертежа и ввод ее оператором в блок записи программы; при оперативных системах управления ввод непосредственно в устройство управления осуществляется в привычной для человека десятичной системе счисления. Далее используется чаще всего двоичная система счисления, как наиболее экономичная для записи в память и удобная при различных действиях с числами. Затем информация преобразуется в унитарный код, как наиболее простой для управления двигателями.
Унитарный код представляет собой единичную систему счисления. Он удобен тем, что любому числу, характеризующему перемещение, соответствует эквивалентное число единичных сигналов. Преобразование кодированной информации в унитарный код обычно осуществляется интерполяторами.
Если управление приводами ведется непрерывным (аналоговым) сигналом, например, напряжением, то дискретная (числовая) информация преобразуется в соответствующую форму сигнала, необходимую для управления.