西門子1FT6和1FK6系列伺服電機維修調(diào)整

明先承 楊進東 陶伯芳 吳 思

（湖北三江航天紅陽機電有限公司 湖北孝感）

一、西門子伺服電機的特點

由于數(shù)控機床對運動控制的要求很高，需要有良好的動態(tài)特性、大的調(diào)速范圍和精確的位置控制精度，因而需要特殊的伺服電機。數(shù)控機床上常用的西門子伺服電機有1FT系列和1FK系列，西門子的驅(qū)動系統(tǒng)一般采用同步伺服電機，主軸是精密的異步電機，其原理和一般的鼠籠電機相同。同步伺服電機與異步電機最大的不同就是轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不一樣，同步電機的轉(zhuǎn)子上有交錯分布的磁極，因而需要有相應(yīng)的檢測轉(zhuǎn)子位置的檢測元件，更換這些檢測元件時也需要重新調(diào)整位置，如1FT5與1FT6電機的原理基本相同，但結(jié)構(gòu)和檢測裝置不同。1FT5電機用在交流伺服系統(tǒng)上，而 1FT6電機則用在數(shù)字伺服系統(tǒng)上，定子繞組結(jié)構(gòu)也不同，1FT6電機的定子繞組結(jié)構(gòu)使得電機的電流更接近于正余弦波形，1FT5電機是用測速發(fā)電機來檢測速度，用均分在電機圓周上的霍爾元件來檢測轉(zhuǎn)子的相對位置，而1FT6電機則是用一個位置編碼器來檢測電機速度，其電機編碼器除了常規(guī)的A、B和R相的正余弦信號外，還有兩個 C相和 D相的正余弦信號來檢測電機轉(zhuǎn)子的位置。1FK6、1FT6電機的原理一樣，只是在機械結(jié)構(gòu)上有點區(qū)別，1FK6較 1FT6經(jīng)濟，兩種電機的反饋裝置有增量式旋轉(zhuǎn)編碼器、絕對值式編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器等3種。

通?，F(xiàn)場依靠經(jīng)驗調(diào)節(jié)編碼器的位置，一邊調(diào)節(jié)編碼器，一邊看電機電流，當(dāng)調(diào)整到電流最小則是最佳位置，但往往由于手的抖動或其他原因，不易準(zhǔn)確調(diào)到最佳位置，電機不能滿負(fù)荷或高速運行。一般電機維修較正規(guī)的有兩種方法：①波形觀察法。適用于帶換相信號的增量式編碼器、正余弦編碼、旋轉(zhuǎn)變壓器。②轉(zhuǎn)子定向法。適用于帶換相信號的增量式編碼器、正余弦編碼、旋轉(zhuǎn)變壓器的波形對齊，或者絕對式編碼器和正余弦編碼、旋轉(zhuǎn)變壓器等按可提供單圈絕對位置數(shù)值信息對齊。

以上方法，需要采用示波器觀察，相對復(fù)雜，操作難度較大，一般人員不易掌握。對于1FT6、1FK6系列電機，如果失去了相對位置，則可以依據(jù)電機轉(zhuǎn)子軸上的標(biāo)志來判斷調(diào)整編碼器的安裝位置，即可以機械調(diào)整，無需示波器。

二、伺服電機的維修調(diào)整

1.故障現(xiàn)象

公司一臺德國DMU馬豪五軸加工中心，海德漢TNC426數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動后加使能時有嘯叫聲，出現(xiàn)報警“C380：Motor Z not controllable”，檢查發(fā)現(xiàn)聲音來自Z軸電機，懷疑電機軸被剎車抱死。為進一步確認(rèn)問題，將電機和負(fù)載脫開，由于Z軸電機周圍空間狹小，常用維修工具無法拆卸，制作了T形加長桿，并在頭上焊接所需的外六角，順利將電機拆下。給剎車強制通24 V直流電，用扳手?jǐn)Q電機軸，仍然無法轉(zhuǎn)動，確認(rèn)電機內(nèi)部異常，拆修，但需要先拆下電機編碼器。該電機為西門子1FT6系列電機，剎車電壓為直流24 V，轉(zhuǎn)速為2000 r/min，采用線數(shù)為2048的增量編碼器（ERN1387系列）作為位置檢測元件的永磁同步伺服電機。

該電機的特點是要求在系統(tǒng)剛上電時就測得電機精確的初始位置，因為在永磁伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，電機轉(zhuǎn)子的位置檢測與初始定位是系統(tǒng)構(gòu)成和運行的基本條件，也是矢量控制解耦的必要條件，編碼器的位置不對會影響電機運行，如運行不平穩(wěn)，電流過大等，甚至?xí)绊戨姍C使用壽命，故在安裝或拆卸時需嚴(yán)格按照一定的步驟拆裝。為不影響生產(chǎn)任務(wù)，決定自行維修。

2.維護調(diào)整

（1）拆編碼器。拆下電機后蓋和編碼器蓋上的螺釘，取下編碼器蓋，拔下編碼器蓋上的插接電纜。把編碼器中心的螺釘擰出來，該螺釘主要是將編碼器固定在電機軸上。做好編碼器的位置標(biāo)記，將編碼器安裝壓扳上的螺釘取下。自制1個工具（圖1）或找1個Φ4×25 mm的金屬棒放進編碼器中心孔，然后找一個長80 mm左右的M6的螺桿，螺紋長＞15 mm，旋進螺桿將編碼器頂出，即拆下編碼器，然后取出金屬棒。如需更換電機軸承和剎車盤片，則需采用專用拆卸工具，進行拆卸，事先需做好轉(zhuǎn)子的位置標(biāo)記。

圖1 自制工具

（2）裝編碼器。先安裝支持盤。圖2和圖3為不同型號電機支持盤的外形。用4條M2.5×6 mm的小螺絲將支持盤安裝到編碼器的軸端，確保支持盤面和編碼器的底面間距為5.2 mm或12 mm。

調(diào)零點。對齊電機軸的標(biāo)志。取下編碼器和壓板，先給電機剎車通上24 V直流電，觀察電機輸出軸，有一條刻線，依據(jù)電機的型號，用手轉(zhuǎn)動電機軸，把圖4中電機軸上的標(biāo)記調(diào)整到箭頭（支持盤的安裝孔）所示位置（1FT603、1FT604、1FT606、1FT613、1FK604 為靠近電機插座位置的螺釘孔，1FK606、1FK608、1FK610為遠(yuǎn)離電機插頭的螺釘孔），將軸的刻線標(biāo)記和安裝支持盤的螺釘孔對齊（對齊電機軸零點標(biāo)記）后，斷開電機剎車電源，保持電機軸不轉(zhuǎn)；調(diào)整編碼器。拆開編碼器蓋后，可以觀察到編碼器內(nèi)部玻璃盤上和電路板上的零點標(biāo)記。對ERN1387.001/020編碼器，把內(nèi)部玻璃盤上的標(biāo)記調(diào)整到和電路板上的標(biāo)記相重合；對EQN1325.001編碼器，把內(nèi)部齒輪上的標(biāo)記調(diào)整到和外殼上標(biāo)記鼻相重合（圖5）。

圖2 1FT606-1FT613/1FK 606-1FK613電機內(nèi)置編碼器

圖4 調(diào)整電機軸角度

圖5 調(diào)整編碼器內(nèi)部的標(biāo)記

安裝、固定編碼器到電機軸上。把調(diào)整好標(biāo)記的編碼器錐形軸對準(zhǔn)已調(diào)好位置的電機軸后輕輕地壓上去，確保電纜出口位于正確的位置上。

1FT606-1FT613和1FK606-1FK610電機安裝支持盤的螺孔必須要位于支持盤上的長孔中間，而1FT603-604和1FK604電機安裝支持盤的螺孔必須要位于支持盤的焊接區(qū)域中間，其調(diào)整角度范圍如圖6。

圖6 編碼器支持盤的調(diào)整角度

用M5的螺栓穿過中心孔將編碼器固定，注意固定時用力要適當(dāng)，防止編碼器旋轉(zhuǎn)。然后安上固定支持盤的2條螺絲，把電源線插頭插上，蓋上金屬外殼，保證電源線順利地放在外殼的槽內(nèi)，并使屏蔽層和金屬外殼良好接觸，安上固定外殼的螺絲。

三、通電試運轉(zhuǎn)

（1）裝上電機的后保護蓋，即可通電試運轉(zhuǎn)。上電后，將系統(tǒng)改為半閉環(huán)，傳動比參數(shù)設(shè)定為1∶1。

（2）設(shè)定倍率F，讓電機空轉(zhuǎn)試驗（確保電機與絲杠的聯(lián)軸節(jié)脫開，以防止失速飛車，出現(xiàn)安全事故）。

（3）讓電機由低向高逐步加速，用轉(zhuǎn)速計測電機轉(zhuǎn)速，此時電機轉(zhuǎn)速顯示值等于F設(shè)定值；如果電機能夠正常轉(zhuǎn)動無報警、無飛車現(xiàn)象，說明編碼器安裝成功。否則還需拆下重新進行調(diào)整，若直接在機床上試車如果出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，將會嚴(yán)重?fù)p壞機床的機械部分。

（4）以上沒問題后，將電機裝在機床上，系統(tǒng)改回正常參數(shù)，為全閉環(huán)。然后通電試車，檢驗其運動性能。先手動試運轉(zhuǎn)，軸移動正常后，再在自動模式下，F(xiàn)由低到高逐步試驗，直至達到快速移動速度。觀察電機電流和負(fù)荷情況，了解電機所帶軸的運動情況，并根據(jù)需要隨時進行調(diào)整，確認(rèn)電機零位調(diào)整到正常位置，設(shè)備恢復(fù)正常。

對西門子840D的系統(tǒng)也可以調(diào)整驅(qū)動參數(shù)MD1016來設(shè)置一個偏置值，調(diào)整編碼器的零點位置，但用該法調(diào)整的電機換到別的機床上可能會因為驅(qū)動參數(shù)的不同而不能正常使用，必要時還需調(diào)整零點。如西門子840D零點調(diào)整步驟為：startup→machine data→Axis MD→進行參數(shù)調(diào)整：將34100（軸在參考電坐標(biāo)值）修正，如果換完后，現(xiàn)在和原來相差10 mm，則將參數(shù)34100調(diào)至10；也可以對 34090（參考點偏移）進行修改：現(xiàn)在的零點與原來的零點相差多少，則輸入多少。

四、注意事項

（1）安裝支持盤時要確保支持盤面和編碼器的底面保持平行，并按說明書要求，注意其間距及公差范圍，否則在旋轉(zhuǎn)過程中容易損壞支持盤或編碼器軸。

（2）要注意電機軸上的標(biāo)記（圖4），這個標(biāo)記隨電機型號不同，其所處的方向亦不一樣。例如在修理1FT608電機時，一開始沒有認(rèn)識到這個標(biāo)記的重要性，沒細(xì)看電機軸上的標(biāo)記，結(jié)果裝上后試驗電機，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速設(shè)定較高時，系統(tǒng)報警，達不到最高轉(zhuǎn)速。應(yīng)竭力使軸端對齊到最佳狀態(tài)（對不好可能導(dǎo)致振動或軸承損壞）。

（3）要注意編碼器上的標(biāo)記，ERN1387.001/020編碼器玻璃盤和電路板上的標(biāo)記較清楚，也容易調(diào)整。而編碼器EQN1325.001齒輪上的標(biāo)記是一個小黑點，如果將標(biāo)記對偏后將出現(xiàn)報警或飛車，飛車現(xiàn)象導(dǎo)致的后果較嚴(yán)重，必須引起足夠的重視。

（4）電機在拆卸、搬動過程中，要輕拿輕放，防止碰撞，特別是編碼器部位絕對不能用錘敲擊，否則很容易損壞編碼器內(nèi)部的光學(xué)元件和電機的抱閘裝置。

（5）如果是垂直軸電機，其內(nèi)部有抱閘裝置，無法用手轉(zhuǎn)動電機軸。這樣在調(diào)整軸上的標(biāo)記之前還需要給抱閘電源端子上通一個24 V直流電源，并注意極性，使抱閘裝置松開。若電源極性接反，抱閘裝置將不能松開。

五、效果

伺服電機內(nèi)置編碼器雖然體積較小但其價值很高，通常每個編碼器3000～9000元。掌握了這項技能，可以節(jié)省電機的修復(fù)時間?？梢怨?jié)省修理費用，如請西門子公司現(xiàn)場服務(wù)，每次費用都＞6000元人民幣，有時則上萬元。如果更換新伺服電機，每個電機需要2～6萬元。自己調(diào)整維修可以鍛煉維修人員，增強綜合修理能力。