張海濤

一拖（洛陽）柴油機(jī)有限公司裝備部 河南洛陽市

交流伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電機(jī)，因其出色的機(jī)械特性及高控制精度，從而得到廣泛應(yīng)用。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，將收到的電信號轉(zhuǎn)換成電機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。同時電機(jī)自帶的編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等會反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。交流伺服電機(jī)要正常工作就需要有檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等檢測元件，其反饋元件的好壞、精度直接影響控制精度。一般伺服電機(jī)編碼器損壞多依靠廠家維修，這一方面需要花費(fèi)高額的維修費(fèi)用，另一方面維修周期長。下面介紹1臺西門子交流伺服電機(jī)編碼器的更換和調(diào)整方法。

1.編碼器工作原理

輸入軸上裝有玻璃碼盤，碼盤上印有不透光的黑色刻度。碼盤兩側(cè)分別為一發(fā)光元件和一受光元件，中間還有一分度尺。電機(jī)轉(zhuǎn)動時，帶動輸入軸上的碼盤轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到透明的地方光就投到受光元件上，轉(zhuǎn)到不透光的黑色刻度上光就會遮擋。受光元件將光線的有無轉(zhuǎn)化為脈沖電信號，即反饋脈沖。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。需要更換的增量式編碼器型號為ERN1387.001-2048（圖1）。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。碼盤的刻度越細(xì)越多，編碼器的分度越細(xì)，即編碼器精度越高。在碼盤上還有一特殊的刻度，即零點(diǎn)信號。

圖1 編碼器構(gòu)成

在安裝調(diào)整時，編碼器的零點(diǎn)相位與電機(jī)電角度的零點(diǎn)相位對齊至關(guān)重要。只要安裝過程中出一點(diǎn)差錯，就會出現(xiàn)編碼器方面的報(bào)警而不能啟動機(jī)床或出現(xiàn)飛車事故，導(dǎo)致電機(jī)報(bào)廢或機(jī)械部件損壞。因?yàn)樵诮涣魉欧姍C(jī)屬于永磁式無刷電機(jī)，其連續(xù)旋轉(zhuǎn)需要換相，編碼器在其中起控制轉(zhuǎn)角及速度反饋的作用，防止飛車等現(xiàn)象的發(fā)生。為了使換相電流最小，就需要編碼器零相位與電機(jī)電角度零點(diǎn)對齊，通過調(diào)整編碼器定子的角度，使電機(jī)電流最小而且抖動最小時，是電機(jī)編碼器的最佳狀態(tài)。

2.編碼器拆除方法

松開伺服電機(jī)后蓋螺釘，拆下伺服電機(jī)后蓋，即可看到圖1所示伺服電機(jī)編碼器，松開編碼器接線蓋，拔下編碼器引線。手緩慢轉(zhuǎn)動電機(jī)軸，直到編碼器轉(zhuǎn)軸碼盤上刻線標(biāo)記與電路板上刻線（零點(diǎn)標(biāo)記）準(zhǔn)確對齊，在電機(jī)軸和外殼上用記號筆做一標(biāo)記。松開編碼器固定螺釘，用自制的編碼器專用拆裝工具將編碼器轉(zhuǎn)軸從電機(jī)轉(zhuǎn)子上頂出，完成編碼器的拆卸工作。

3.編碼器安裝對齊方法

（1）用采購的伺服電機(jī)編碼器備件更換損壞的編碼器，手緩慢轉(zhuǎn)動電機(jī)軸直到電機(jī)軸與外殼上記號筆做的標(biāo)記準(zhǔn)確對齊為止并保持電機(jī)軸對齊狀態(tài)。

（2）將編碼器轉(zhuǎn)軸碼盤上刻線與電路板或外殼上刻線標(biāo)記對齊并保持對齊狀態(tài)，將編碼器轉(zhuǎn)軸小心壓入電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔中，用M5×50mm螺栓穿過中心孔將其固定，注意固定時用力要適當(dāng)均勻，防止編碼器旋轉(zhuǎn)。

（3）把電源線插頭插上，蓋上金屬外殼，保證電源線順利放在外殼的槽內(nèi)，并使屏蔽層和金屬外殼良好接觸，安上固定外殼的螺絲。（4）在工作臺案上連接好電機(jī)的動力電纜和反饋電纜，先進(jìn)行電機(jī)的空載試驗(yàn)。給機(jī)床送電，待機(jī)床啟動方式組就緒后，可點(diǎn)動試驗(yàn)電機(jī)，如果電機(jī)能夠正常轉(zhuǎn)動無報(bào)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(jìn)行安裝，若直接在機(jī)床上試車如果出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，將會嚴(yán)重?fù)p壞機(jī)床的機(jī)械部分。

（5）將電機(jī)裝回到機(jī)床上，啟動機(jī)床，在西門子數(shù)控系統(tǒng)診斷菜單下，進(jìn)入伺服診斷子菜單，查看更換過編碼器的伺服電機(jī)工作電流百分率，如果工作電流百分率在20%以內(nèi)，電機(jī)不抖動，則伺服電機(jī)編碼器的對齊工作完成，如果工作電流百分率超過20%，可以微松電機(jī)編碼器外殼固定螺釘微調(diào)編碼器對齊位置，直到電機(jī)工作電流百分率滿足要求為止。

圖2 編碼器拆除示意

（6）如果對電機(jī)編碼器對齊位置有更高的要求，可以斷開伺服電機(jī)電源，用3個1kΩ的電阻分別接到伺服電機(jī)的U、V、W，電阻另一端短接在一起，手轉(zhuǎn)動電機(jī)軸時用雙蹤示波器比較一下U-Y波形和編碼器零脈沖波形，調(diào)整編碼器位置直到零脈沖和U-Y從負(fù)到正的過零點(diǎn)重合，固定編碼器。

4.編碼器更換安裝時注意事項(xiàng)

（1）編碼器安裝時應(yīng)輕輕推入被套軸，嚴(yán)禁用錘敲擊和碰撞，以免損壞軸系和碼盤。

（2）安裝時請注意允許的軸負(fù)載，不得超過極限負(fù)載。

（3）請不要將編碼器的輸出線與動力線等繞在一起或同一管道傳輸，也不宜在配電盤附近使用，以防干擾。

（4）安裝開機(jī)前，應(yīng)仔細(xì)檢查產(chǎn)品說明書與編碼器型號是否相符，電機(jī)轉(zhuǎn)速是否超過編碼器所允許的極限轉(zhuǎn)速。接線是否正確。

上述方法更換編碼器，可滿足電機(jī)正常工作要求，工作電流較小，故障停機(jī)時間大幅減少，節(jié)約維修成本，減少因停產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)損失，為日后自主更換編碼器提供了基礎(chǔ)。