數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。

自動換刀裝置應當滿足換刀時間短、刀具重復定位精度高、刀具儲存量足夠、刀庫占地面積小以及安全可靠等基本要求。 

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1、回轉刀架換刀
回轉刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用于數控車床。可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式，回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數控裝置的指令換刀。
回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力，由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整。
因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之后，具有盡可能高的重復定位精度（一般為0.001～0.005mm）。
一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。
2、更換主軸頭換刀（刀具旋轉為主運動）
更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種主軸頭實際上就是一個轉塔刀庫。
主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸頭，以實現自動換刀。在轉塔的各個主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉刀具，當發出換刀指令時，各主軸頭依次地轉到加工位置，并接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處于不加工位置上的主軸都與主運動脫開。
這種更換主軸換刀裝置，省去了自動松、夾、卸刀、裝刀以及刀具搬運等一系列的復雜操作，從而縮短了換刀時間，并提高了換刀的可靠性。
但是由于空間位置的限制，使主軸部件結構尺寸不能太大，因而影響了主軸系統的剛性，為了保證主軸的剛性，必須限制主軸的數目，否則會使結構尺寸增大。因此，轉塔主軸頭通常只適用于工序較少、精度要求不太高的機床，例如數控鉆、銑床等。
3、帶刀庫的自動換刀系統
由于回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足復雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床多采用帶刀庫的自動換刀裝置。
帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為復雜，首先要把加工過程中使用的全部刀具分別安裝在標準刀柄上，在機外進行尺寸預調整后，按一定的方式放入刀庫。
換刀時，先在刀庫中選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換，將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫，刀庫具有較大的容量，既可安裝在主軸箱的側面或上方。
由于帶刀庫的自動換刀裝置的數控機床的主軸箱內只有一根主軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求。
另外，刀庫內刀具數量較大，因而能夠進行復雜零件的多工序加工，大大提高了機床的適應性和加工效率，帶刀庫的自動換刀系統適用于數控鉆削中心和加工中心。