数控机床的主轴调速是按照控制指令自动执行的，为了能同时满足对主传动的调速和输出扭矩的要求，数控机床常用机电结合的方法，即同时采用电动机和机械齿轮变速两种方法。其中齿轮减速以增大输出扭矩，并利用齿轮换挡来扩大调速范围。

1．电动机调速

用于主轴驱动的调速电动机主要有直流电动机和交流电动机两大类。

（1）直流电动机主轴调速  由于主轴电动机要求输出较大的功率，所以主轴直流电动机在结构上不适用永磁式，一般是他激式

从电机拖动理论知，该直流电动机的转速公式n为：

式中：为电枢电压（v），为电枢电阻（），为电枢电流（A），为常数，为励磁电流（A）。

从式中可知，要改变电动机转速n，可通过改变电枢电压（降压调速），或改变励磁电流（弱磁调速）。当采用降压调速时，从电动机转矩公式T=C_ekI_fI_a中可得，它是属于恒转矩调速。而当采用弱磁调速时，根据功率公式P=nT，并把上述n 公式与T公式代入得，电动机的功率P=（U-RI_a）C_eI_a，可知它是属于恒功率调速。

通常在数控机床中，为扩大调速范围，对直流主轴电动机的调速，同时采用调压和调磁两种方法。其典型的直流主轴电动机特性曲线如图2-26所示。

（2）交流电动机主轴调速  大多数交流进给伺服电动机采用永磁式同步电动机，但主轴交流电动机则多采用鼠笼式感应电动机，这是因为受永磁体的限制，永磁同步电动机的容量不允许做得太大，而且其成本也很高。另外，数控机床主轴驱动系统不必象进给系统那样，需要如此高的动态性能和调速范围。鼠笼式感应电动机其结构简单、便宜、可靠，配上矢量变换控制的主轴驱动装置则完全可以满足数控机床主轴的要求。

交流主轴电机的性能可由图2-27所示的功率/速度关系曲线反应出来。

交流主轴电动机的驱动目前广泛采用矢量控制变频调速的方法，并为适应负载特性的要求，对交流电动机供电的变频器，应同时有调频兼调压功能。有关交流感应电机矢量控制原理，这里不予介绍。

2．机械齿轮变速

采用电动机无级调速，使主轴齿轮箱的结构大大简化，但其低速段输出力矩常常无法满足机床强力切削的要求。如单纯片面追求无级调速，势必要增大主轴电动机的功率，从而使主轴电动机与驱动装置的体积、重量及成本大大增加。困此数控机床常采用1~4挡齿轮变速与无级调速相结合的方式，即所谓分段无级变速。采用机械齿轮减速，增大了输出扭矩，并利用齿轮换挡扩大了调速范围。

数控机床在加工时，主轴是按零件加工程序中主轴速度指令所指定的转速来自动运行。数控系统通过两类主轴速度指令信号来进行控制，即用模拟量或数字量信号（程序中的S代码）来控制主轴电动机的驱动调速电路，同时采用开关量信号（程序上用M41～M44代码）来控制机械齿轮变速自动换挡的执行机构。自动换挡执行机构是一种电——机转换装置，常用的有液压拨叉和电磁离合器。

（1）液压拨叉换挡  液压拨叉是一种用一只或几只液压缸带动齿轮移动的变速机构。最简单的二位液压缸实现双联齿轮变速。对于三联或三联以上的齿轮换挡则必须使用差动液压缸。图2-28为三位液压拨叉的原理图

要注意的是每个齿轮的到位，需要有到位检

测元件（如感应开关）检测，该信号能有效说明

变挡已经结束。对采用主轴驱动无级变速的场合，可采用数控系统控制主轴电动机慢速转动或振动来解决上述液压拨叉可能产生的顶齿问题。对于纯有级变速的恒速交流电动机驱动场合，通常需在传动链上安置一个微电动机。正常工作时，离合器脱开，齿轮换挡时，主轴M1停止工作而离合器吸合，微电动机M2工作，带动主轴慢速转动。同时，油缸移动齿轮，从而顺利啮合，如图2-29所示。

 

液压拨叉需附加一套液压装置，将信号转换为电磁阀动作，再将压力油分至相应液压缸，因而增加了复杂性。

（2）电磁离合器换挡

在数控机床中常使用无滑环摩擦片式电磁离合器和牙嵌式电磁离合器。