西門子1FT6和1FK6系列伺服電機維修調整

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

由于數控機床對運動控制的要求很高，需要有良好的動態特性、大的調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，西門子的驅動系統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子的結構不一樣，同步電機的轉子上有交錯分布的磁極，因而需要有相應的檢測轉子位置的檢測元件，更換這些檢測元件時也需要重新調整位置，如1FT5與1FT6電機的原理基本相同，但結構和檢測裝置不同。1FT5電機用在交流伺服系統上，而 1FT6電機則用在數字伺服系統上，定子繞組結構也不同，1FT6電機的定子繞組結構使得電機的電流更接近于正余弦波形，1FT5電機是用測速發電機來檢測速度，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子的位置。1FK6、1FT6電機的原理一樣，只是在機械結構上有點區別，1FK6較 1FT6經濟，兩種電機的反饋裝置有增量式旋轉編碼器、絕對值式編碼器和旋轉變壓器等3種。

通常現場依靠經驗調節編碼器的位置，一邊調節編碼器，一邊看電機電流，當調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，不易準確調到最佳位置，電機不能滿負荷或高速運行。一般電機維修較正規的有兩種方法：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、旋轉變壓器。②轉子定向法。適用于帶換相信號的增量式編碼器、正余弦編碼、旋轉變壓器的波形對齊，或者絕對式編碼器和正余弦編碼、旋轉變壓器等按可提供單圈絕對位置數值信息對齊。

以上方法，需要采用示波器觀察，相對復雜，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，則可以依據電機轉子軸上的標志來判斷調整編碼器的安裝位置，即可以機械調整，無需示波器。

二、伺服電機的維修調整

1.故障現象

公司一臺德國DMU馬豪五軸加工中心，海德漢TNC426數控系統，系統啟動后加使能時有嘯叫聲，出現報警“C380：Motor Z not controllable”，檢查發現聲音來自Z軸電機，懷疑電機軸被剎車抱死。為進一步確認問題，將電機和負載脫開，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，用扳手擰電機軸，仍然無法轉動，確認電機內部異常，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，轉速為2000 r/min，采用線數為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剛上電時就測得電機精確的初始位置，因為在永磁伺服驅動系統中，電機轉子的位置檢測與初始定位是系統構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，電流過大等，甚至會影響電機使用壽命，故在安裝或拆卸時需嚴格按照一定的步驟拆裝。為不影響生產任務，決定自行維修。

2.維護調整

（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，事先需做好轉子的位置標記。

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。

調零點。對齊電機軸的標志。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，依據電機的型號，用手轉動電機軸，把圖4中電機軸上的標記調整到箭頭（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為遠離電機插頭的螺釘孔），將軸的刻線標記和安裝支持盤的螺釘孔對齊（對齊電機軸零點標記）后，斷開電機剎車電源，保持電機軸不轉；調整編碼器。拆開編碼器蓋后，可以觀察到編碼器內部玻璃盤上和電路板上的零點標記。對ERN1387.001/020編碼器，把內部玻璃盤上的標記調整到和電路板上的標記相重合；對EQN1325.001編碼器，把內部齒輪上的標記調整到和外殼上標記鼻相重合（圖5）。

圖2 1FT606-1FT613/1FK 606-1FK613電機內置編碼器

圖4 調整電機軸角度

圖5 調整編碼器內部的標記

安裝、固定編碼器到電機軸上。把調整好標記的編碼器錐形軸對準已調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域中間，其調整角度范圍如圖6。

圖6 編碼器支持盤的調整角度

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，防止編碼器旋轉。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，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

（1）裝上電機的后保護蓋，即可通電試運轉。上電后，將系統改為半閉環，傳動比參數設定為1∶1。

（2）設定倍率F，讓電機空轉試驗（確保電機與絲杠的聯軸節脫開，以防止失速飛車，出現安全事故）。

（3）讓電機由低向高逐步加速，用轉速計測電機轉速，此時電機轉速顯示值等于F設定值；如果電機能夠正常轉動無報警、無飛車現象，說明編碼器安裝成功。否則還需拆下重新進行調整，若直接在機床上試車如果出現飛車現象，將會嚴重損壞機床的機械部分。

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

對西門子840D的系統也可以調整驅動參數MD1016來設置一個偏置值，調整編碼器的零點位置，但用該法調整的電機換到別的機床上可能會因為驅動參數的不同而不能正常使用，必要時還需調整零點。如西門子840D零點調整步驟為：startup→machine data→Axis MD→進行參數調整：將34100（軸在參考電坐標值）修正，如果換完后，現在和原來相差10 mm，則將參數34100調至10；也可以對 34090（參考點偏移）進行修改：現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記（圖4），這個標記隨電機型號不同，其所處的方向亦不一樣。例如在修理1FT608電機時，一開始沒有認識到這個標記的重要性，沒細看電機軸上的標記，結果裝上后試驗電機，當電機轉速設定較高時，系統報警，達不到最高轉速。應竭力使軸端對齊到最佳狀態（對不好可能導致振動或軸承損壞）。

（3）要注意編碼器上的標記，ERN1387.001/020編碼器玻璃盤和電路板上的標記較清楚，也容易調整。而編碼器EQN1325.001齒輪上的標記是一個小黑點，如果將標記對偏后將出現報警或飛車，飛車現象導致的后果較嚴重，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部的光學元件和電機的抱閘裝置。

（5）如果是垂直軸電機，其內部有抱閘裝置，無法用手轉動電機軸。這樣在調整軸上的標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，可以節省電機的修復時間。可以節省修理費用，如請西門子公司現場服務，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。自己調整維修可以鍛煉維修人員，增強綜合修理能力。