數(shù)控機床的換刀過程中，必須保證準確無誤地自動選擇各工步所需要的刀具。按照數(shù)控裝置的刀具選擇指令，從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動選刀。通常選刀方式有順序選刀和任意選刀兩種。
1.順序選刀方式
刀具按預定工序的先后順序插入刀庫的刀座中，使用時按順序轉(zhuǎn)到取刀位置。用過的刀具放回原來的刀座內(nèi)，也可以按加工順序放入下一個刀座內(nèi)。該法不需要刀具識別裝置，驅(qū)動控制也較簡單，工作可靠。但刀庫中每一把刀具在不同的工序中不能重復使用，為了滿足加工需要只有增加刀具的數(shù)量和刀庫的容量，這就降低了刀具和刀庫的利用率。此外，裝刀時必須十分謹慎，如果刀具不按順序裝在刀庫中，將會產(chǎn)生嚴重的后果。這種方式現(xiàn)在已很少采用。
2.任意選刀方式
這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫中不必按照工件的加工順序排列，可以任意存放。每把刀具（或刀座）都編上代碼，選刀時，每把刀具（或刀座）都將接受識刀器的識別。當某把刀具（或刀座）的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時，該把刀具被選中，刀庫將刀具送到換刀位置，等待機械手來抓取。任意選擇刀具法的優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關，刀具可重復使用。因此，刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫也相應地小一些。
任意選擇法主要有四種編碼方式：刀具編碼方式、刀座編碼方式、編碼附件方式和計算機記憶方式。
刀具編碼方式
這種方式是對每把刀具按照二進制原理進行編碼, 由于每把刀具都有自己的代碼，因此，可以存放于刀庫的任一刀座中。這樣刀庫中的刀具在不同的工序中也就可重復使用，用過的刀具也不一定放回原刀座中，避免了因刀具存放在刀庫中的順序差錯而造成的事故；同時也縮短了刀庫的運轉(zhuǎn)時間；簡化了自動換刀控制線路。但由于要求每把刀具上帶有專用的編碼系統(tǒng)，使刀具長度增加，制造困難，剛度降低，同時機械手和刀庫結構也較復雜?！?br> 刀座編碼方式
這種編碼方式對每個刀座都進行編碼，并將刀具放到與其編號相符的刀座中，換刀時使各個刀座依次經(jīng)過識刀器，直到找到所需的刀座，刀庫便停止旋轉(zhuǎn)。由于這種編碼方式取消了刀柄中的編碼環(huán)，使刀柄結構大為簡化。因此，識刀器的結構不受刀柄尺寸的限制，而且可以放在較適當?shù)奈恢?。在自動換刀過程中必須將用過的刀具放回原來的刀座中，增加了換刀動作和時間。與順序選擇刀具的方式相比，刀座編碼的優(yōu)點也是刀具在加工過程中可以重復使用。
編碼附件方式
編碼附件方式可分為編碼鑰匙、編碼卡片、編碼桿和編碼盤等，其中應用最多的是編碼鑰匙。這種方式是先給各刀具都縛上一把表示該刀具號的編碼鑰匙，當把各刀具存放到刀庫的刀座中時，將編碼鑰匙插進刀座旁邊的鑰匙孔中，這樣就把鑰匙的號碼轉(zhuǎn)記到刀座中，給刀座編上了號碼。識別裝置可以通過識別鑰匙上的號碼來選取該鑰匙旁邊刀座中的刀具。
這種方式是較早期采用的編碼方式，現(xiàn)在已經(jīng)很少采用。
3.軟件選刀方式
上述選刀方式都給換刀系統(tǒng)帶來了很多不便，所以近年來在加工中心上應用的很少。目前在加工中心上絕大多數(shù)選用記憶式選刀方式，其工作原理是在刀庫上安裝位置檢測裝置(一般與電動機裝在一起)，刀庫上每一個存刀位置(即地址)都可以通過位置檢測裝置測出，刀具本身不進行編碼，只要把刀具號和刀庫中地址(刀套位置)對應記憶在數(shù)控系統(tǒng)的plc中，刀庫分度、刀具交換的同時每次改變存儲器的內(nèi)容來控制自動換刀裝置，不論刀具放在哪里都始終記憶著它的蹤跡。此方式不僅可以任意選取刀具，而且不論刀庫在哪個位置都可以自由地送回刀具，在新舊刀具交換時，不必尋找送回地點，可以節(jié)省換刀時間，刀庫和刀具不必設編碼環(huán)和條形碼，不要識別裝置等，這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了由于識刀裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來的選刀失誤。因此是目前常用的一種選刀方式。下面以一個實例來說明其工作原理：
atc（自動換刀）控制和刀號數(shù)據(jù)表
刀庫定位后，從某一位置（一般從換刀位置）的刀座起按順序給刀座編號，如下圖中方框的1～8號，以后刀庫旋轉(zhuǎn)，不管刀座移到什么位置，刀座始終擁有原先編定的這一個號碼（號碼變成了該刀座的名稱），而且刀座的相鄰順序關系不會改變。零號0為主軸編號。刀具不附編碼環(huán)，而是任意給定一個編號，如圖中的(10)～(18)的刀號。一旦給某一把刀編定刀號后，這個刀號就不再改變。一般刀號可采用bcd碼編寫。加工前將已編號的刀具插入刀座內(nèi)，刀座內(nèi)可以插入同號的刀具也可以任意插入，刀座號與刀具號不一定要相同。
在plc內(nèi)部建立一個模擬刀庫的刀號數(shù)據(jù)表，如圖6-18所示，數(shù)據(jù)表中的表序號（即內(nèi)存地址號）與刀座編號依次相對應。每個表序號內(nèi)的內(nèi)容就是序號相同的刀座中所插入刀具的刀號。表中首地址tab單元內(nèi)固定存放插在主軸內(nèi)的刀具的刀號，tab＋1～tab＋8單元內(nèi)存放序號相同的刀座所插刀具的刀號，以后每次刀庫旋轉(zhuǎn)定位并且刀具交換后，主軸內(nèi)與在換刀位置的某號刀座內(nèi)的刀號將發(fā)生變化，應及時修改刀號數(shù)據(jù)表內(nèi)相關表序號內(nèi)的刀號，使刀號數(shù)據(jù)表始終是刀庫中刀座號及刀號的一種映象（即一一對應）。
刀具識別
如上所述，在刀庫中選刀的問題，就變成了在刀號數(shù)據(jù)表中尋找所需刀號的問題。實質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)樵诘短枖?shù)據(jù)表中找尋插有所需刀號的刀座（與刀座號對應的內(nèi)存地址號），然后令該號刀座移動到換刀位置。
換刀時，刀庫定位，定位后處于換刀位置的為某號刀座，刀具交換后，該號刀座內(nèi)的新刀插入主軸內(nèi)，主軸內(nèi)用過的舊刀插回處于換刀位置的該號刀座內(nèi)，將該號刀座定義為刀庫的現(xiàn)在刀座。將該刀座的號碼數(shù)據(jù)存放在一個現(xiàn)在刀座號計數(shù)器內(nèi)。
當plc接到尋找下一次需用的新刀指令t××后，在模擬刀號數(shù)據(jù)表中進行檢索，檢索到指令刀號××，將該刀號在數(shù)據(jù)表中的表序號存放到一個緩沖存儲單元1中，這個表序號就是指令刀號××所在刀座的號數(shù)。將該表序號對應的刀座定義為目標刀座。令刀庫旋轉(zhuǎn)，每一個刀座通過換刀位置時，由電器元件(如無觸點開關)產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖信號，當?shù)稁煺槙r針）轉(zhuǎn)時，每發(fā)一個計數(shù)脈沖使現(xiàn)在刀座號計數(shù)器遞增計數(shù)（如圖6-18的刀座編號順序，是遞增計數(shù)），當?shù)稁旆崔D(zhuǎn)時，每發(fā)一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器遞減計數(shù)。因此現(xiàn)在刀座號計數(shù)器的數(shù)值總是等于通過換刀位置的刀座的號數(shù)（即現(xiàn)在刀座的號數(shù)），計數(shù)器的數(shù)值始終在1～8之間循環(huán)。當計數(shù)器的數(shù)值達到目標刀座號碼數(shù)的前一個數(shù)值時，即目標刀座移到換刀位置前一個位置，即減速位置時，令刀庫減速旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)在刀座計數(shù)器的數(shù)值等于目標刀座的號數(shù)時，目標刀座（即指令刀號××所在的刀座）到了換刀位置，將其定位，等待刀具交換。
刀具的交換及刀號數(shù)據(jù)表的修改
當前一工序加工結束后需要更換新刀加工時，nc系統(tǒng)發(fā)出自動換刀指令m06，控制機床主軸準停，機械手執(zhí)行換刀動作，將主軸上用過的舊刀和刀庫上選好的新刀進行交換。與此同時，應通過軟件修改pc內(nèi)部的刀號數(shù)據(jù)表，使相應刀號表單元中的刀號與交換后的刀號相對應，修改刀號的流程如圖6-20所示。