自动换刀装置的设计是实现柔性智能加工制造的一个关键问题。自动换刀装置带有刀库，在加工复杂零件的过程中，可以做到多工序连续换刀，工序相对集中，提高了加工精度和劳动生产率。本文以汉川机床厂XH716D立式加工中心的自动换刀装置为实际对象，研究其机械手与主轴之间抓刀和换刀过程的机械设计与控制问题，主要研究工作如下：首先对自动换刀装置进行了市场调研，分析了换刀机械手的工作原理。针对XH716D立式加工中心自动换刀装置的需求，改进了换刀装置机构，对机械手臂进行了设计改良，核算了机械手的应变力，并对其材料、气缸及辅助装置进行了选型设计，对刀库的精确定位进行了优化设计，保证了在装卸中能够准确迅速的抓取刀具，而且运动方式简单可靠。其次设计了一套由可编程控制器（PLC）来实现刀库中各种刀具与主轴之间的抓刀、换刀控制的整体方案，对系统中的PLC控制部分、电气元件进行了优化设计选型，设计了取刀、换刀等关键步骤的流程，总结了换刀系统的几种工作方式,以及系统的软件设计。最后，就系统的安装调试问题进行了阐述。实验室模拟调试表明，该PLC换刀系统与传统继电器控制相比具有换刀时间短、刀具存储大，安全可靠等特点。