數控機床的主軸調速是按照控制指令自動執行的，為了能同時滿足對主傳動的調速和輸出扭矩的要求，數控機床常用機電結合的方法，即同時采用電動機和機械齒輪變速兩種方法。其中齒輪減速以增大輸出扭矩，并利用齒輪換擋來擴大調速范圍。

1．電動機調速

用于主軸驅動的調速電動機主要有直流電動機和交流電動機兩大類。

（1）直流電動機主軸調速 由于主軸電動機要求輸出較大的功率，所以主軸直流電動機在結構上不適用永磁式，一般是他激式

從電機拖動理論知，該直流電動機的轉速公式n為：

式中： 為電樞電壓（v）， 為電樞電阻（ ）， 為電樞電流（A）， 為常數， 為勵磁電流（A）。

從式中可知，要改變電動機轉速n，可通過改變電樞電壓 （降壓調速），或改變勵磁電流 （弱磁調速）。當采用降壓調速時，從電動機轉矩公式T=CekIfIa中可得，它是屬于恒轉矩調速。而當采用弱磁調速時，根據功率公式P=nT，并把上述n 公式與T公式代入得，電動機的功率P=（U-RIa）CeIa，可知它是屬于恒功率調速。

通常在數控機床中，為擴大調速范圍，對直流主軸電動機的調速，同時采用調壓和調磁兩種方法。其典型的直流主軸電動機特性曲線如圖2-26所示。

（2）交流電動機主軸調速  大多數交流進給伺服電動機采用永磁式同步電動機，但主軸交流電動機則多采用鼠籠式感應電動機，這是因為受永磁體的限制，永磁同步電動機的容量不允許做得太大，而且其成本也很高。另外，數控機床主軸驅動系統不必象進給系統那樣，需要如此高的動態性能和調速范圍。鼠籠式感應電動機其結構簡單、便宜、可靠，配上矢量變換控制的主軸驅動裝置則完全可以滿足數控機床主軸的要求。

交流主軸電機的性能可由圖2-27所示的功率/速度關系曲線反應出來。

交流主軸電動機的驅動目前廣泛采用矢量控制變頻調速的方法，并為適應負載特性的要求，對交流電動機供電的變頻器，應同時有調頻兼調壓功能。有關交流感應電機矢量控制原理，這里不予介紹。

2．機械齒輪變速

采用電動機無級調速，使主軸齒輪箱的結構大大簡化，但其低速段輸出力矩常常無法滿足機床強力切削的要求。如單純片面追求無級調速，勢必要增大主軸電動機的功率，從而使主軸電動機與驅動裝置的體積、重量及成本大大增加。困此數控機床常采用1~4擋齒輪變速與無級調速相結合的方式，即所謂分段無級變速。采用機械齒輪減速，增大了輸出扭矩，并利用齒輪換擋擴大了調速范圍。

數控機床在加工時，主軸是按零件加工程序中主軸速度指令所指定的轉速來自動運行。數控系統通過兩類主軸速度指令信號來進行控制，即用模擬量或數字量信號（程序中的S代碼）來控制主軸電動機的驅動調速電路，同時采用開關量信號（程序上用M41～M44代碼）來控制機械齒輪變速自動換擋的執行機構。自動換擋執行機構是一種電——機轉換裝置，常用的有液壓撥叉和電磁離合器。

（1）液壓撥叉換擋  液壓撥叉是一種用一只或幾只液壓缸帶動齒輪移動的變速機構。最簡單的二位液壓缸實現雙聯齒輪變速。對于三聯或三聯以上的齒輪換擋則必須使用差動液壓缸。圖2-28為三位液壓撥叉的原理圖

要注意的是每個齒輪的到位，需要有到位檢

測元件（如感應開關）檢測，該信號能有效說明

變擋已經結束。對采用主軸驅動無級變速的場合，可采用數控系統控制主軸電動機慢速轉動或振動來解決上述液壓撥叉可能產生的頂齒問題。對于純有級變速的恒速交流電動機驅動場合，通常需在傳動鏈上安置一個微電動機。正常工作時，離合器脫開，齒輪換擋時，主軸M1停止工作而離合器吸合，微電動機M2工作，帶動主軸慢速轉動。同時，油缸移動齒輪，從而順利嚙合，如圖2-29所示。

液壓撥叉需附加一套液壓裝置，將信號轉換為電磁閥動作，再將壓力油分至相應液壓缸，因而增加了復雜性。

（2）電磁離合器換擋

在數控機床中常使用無滑環摩擦片式電磁離合器和牙嵌式電磁離合器。