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1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。