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工业发达国家对于自动换刀装置的研究，起始于上世纪70 年代并获得迅速发展。1983 年，国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀装置形成了统一的结构模式。目前德国、奥地利、日本、韩国、意大利等国家，都将自动换刀装置成功应用到了高端加工中心上[5]。例如德国CHIRON 公司生产的FZ08S 和FZ08W 加工中心，采用机械手换刀，刀库布置在主轴的周围并可随主轴一起移动，且每把刀具配有一套换刀机械手，其刀对刀换刀时间仅需0.5 s，切削对切削换刀时间仅为1.5 s。德国Burkhart 和WeberGmbH 公司生产的MC325、MC325- TWN 加工中心，采用可换位的转塔刀库，换刀时间等于换位与进给时间，并带有可交换托盘和回转刀具交换系统，其切削对切削换刀时间为2s [6]。8609
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相比工业发达国家，我国对加工中心的研究起步较晚，因此对自动换刀装置的研究也相对落后。从上世纪80 年代起，北京机床研究所、大连组合机床研究所、沈阳机床集团、大连机床集团、济南第一机床厂等，先后对自动换刀装置开展了研究与开发。如大连机床集团自主研发的自动换刀装置刀对刀最短换刀时间已达到2s 以内[7]。但国内加工中心的刀库主要由台湾生产厂家生产，绝大多数是伞式、斗笠式和圆盘式等中小型刀库，大型刀库进入大陆市场的很少，且刀具重量及换刀时间等方面难以满足机床主机厂的要求，在可靠性方面也有不小的差距[8]。
目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式[9]。在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式能将刀具号和刀库中的刀套位置对应地记忆在数控系统中,不论刀具放在哪个刀套内,数控系统都始终记忆着它的踪迹[10]。刀库上装有位置检测装置,可以检测出每个刀套的位置,这样刀具就可以任意取出并送回。刀库上还设有机械原点,使每次选刀时,能就近选取,如对于盘式刀库来说,每次选刀运动,刀库正转或反转的角度均不会超过180°[11]。
从换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”(刀具程序控制装置)[12]。1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。1967年出现了FMS(柔性制造系统)。1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式[9][13]。
1.2自动换刀装置的未来发展趋势
未来的自动换刀装置，将根据不同的工作需要，进行多元化发展。自动换刀装置的换刀时间将越来越短，同时通用性和可靠性越来越强。传统装置将会采用动作速度更快的机构和驱动元件，凸轮结构近年来已被大量采用。同时新的材料和加工工艺，弥补凸轮机构磨损后可靠性降低的缺点。新的换刀方式的出现，也为自动换刀装置的进一步发展提出了新的思路。快速换刀技术是减少加工辅助时间重要手段, 而且正在处于发展阶段, 快速换刀技术中的新技术和新方法不断出现和改进, 使高速加工中心的切削效率进一步得到提高[14]。双主轴和多主轴换刀技术，把机床的换刀速度提高到了新的水平。多主轴换刀方式，可以使安装在夹具上的工件快速在各主轴之间移动，使得切削对切削换刀时间到达0.4 s。在通用性方面，立卧式两用自动换刀装置将会成为另一个发展方向