帶有刀具自動交換裝置、能一次集中完成多種工序加工的數控加工設備。數控機床實現瞭中、小批量加工自動化,改善瞭勞動條件。此外,它還具有生產率高、加工精度穩定、產品成本低等一系列優點。為瞭進一步發揮這些優點,數控機床遂向“工序集中”,即一臺數控機床在一次裝夾零件後能完成多工序加工的數控機床（即加工中心）方面發展。
鑽、鏜、銑、車等單功能數控機床隻能分別完成鑽、鏜、銑、車等作業，而在機械製造工業中，大部分零件都是需要多工序加工的的。在單功能數控機床的整個加工過程中，真正用於切削的時間隻占30％左右，其餘的大部分時間都花費在安裝、調整刀具、搬運、裝卸零件和檢查加工精度等輔助工作上。在零件需要進行多種工序加工的情況下，單功能數控機床的加工效率仍然不高。加工中心一般都具有刀具自動交換功能，零件裝夾後便能一次完成鉆、鏜、銑、锪、攻絲等多種工序加工。
加工中心分兩大部分：數控機床和刀具自動交換裝置。刀具自動交換裝置應能滿足以下幾個方面的要求:①換刀時間短；②刀具重復定位精度高；③識刀、選刀可靠，換刀動作簡單；④刀庫容量合理，占地面積小，並能與主機配合,使機床外觀完整；⑤刀具裝卸、調整、維護方便。
刀具自動交換系統由刀庫、刀具交換裝置、刀具傳送裝置、刀具編碼裝置、識刀器等五個部分組成。
刀庫 存貯加工所需各種類型刀具的倉庫。它是刀具自動交換系統中的重要組成部分，具有接受刀具傳送裝置送來的刀具和將刀具給予刀具傳送裝置的功能。它的容量、佈局和具體結構對整個加工中心的總體佈局和性能有很大的影響,按其結構、形狀可分為以下六種:①圓盤式刀庫，又分為軸向式（刀具中心線與圓盤中心線平行）、徑向式（刀具中心線與圓盤中心線垂直）和多盤式（在一根旋轉軸上分設幾層圓盤刀庫）。②轉塔式刀庫，又分傾斜式和水平式。③鼓輪式刀庫。④鏈式刀庫。⑤格子式刀庫。⑥直線式刀庫。
刀具交換裝置（機械手） 它的職能是將機床主軸上的刀具與刀庫或刀具傳送裝置上的刀具進行交換，其動作循環為：拔刀-新舊刀具交換-裝刀。這種裝置按交換方式又分為兩類。
①由刀庫與機床主軸的相對運動實現換刀 在這類裝置中,刀庫一般為格子式，裝在工作臺上。換刀時,先使工作臺與主軸相對運動,將使用過的舊刀送回刀庫,然後再使工作臺與主軸相對運動一次，從刀庫中取出新刀。這種換刀方式的換刀時間長，另外刀庫設置在工作臺上，減少瞭工作臺的有效使用面積。
②采用機械手換刀 機械手刀具交換裝置，特別是雙臂機械手刀具交換裝置具有換刀時間短、動作靈活可靠等優點，應用最為廣泛。雙臂機械手中最常用的幾種結構有：鉤手；抱手；伸縮手；叉手。雙臂機械手進行一次換刀循環的基本動作為:抓刀（手臂旋轉或伸出,同時抓住主軸和刀庫裡的刀具）；拔刀(主軸松開，機械手同時將主軸和刀庫中的刀具拔出)；換刀(手臂轉180°,新、舊刀交換）；插刀（同時將新刀插入主軸，舊刀插入刀庫，然後主軸夾緊刀具）；縮回(手臂縮回到原始位置)。
運刀裝置
當刀庫容量較大、佈置得離機床較遠時，就需要安排兩隻機械手來完成新舊刀的交換動作，一隻靠近刀庫，稱為後機械手，完成拔新刀、插舊刀的動作；一隻靠近主軸，稱為前機械手，完成拔舊刀、插新刀的動作。在前後機械手之間則設有運刀裝置。它一方面將前機械手從主軸上拔出的舊刀運回刀庫旁，以便後機械手將該舊刀拔出並插回刀庫；另一方面則將後機械手從刀庫中拔出的新刀運到主軸旁，以便前機械手將該新刀拔出並插入主軸。運刀器的職能就是在前後機械手之間來回運送新、舊刀具（圖1）。
刀具編碼裝置 將加工所需的刀具自動地從刀庫中選擇出來稱為自動選刀，有順序選擇和編碼選擇兩種方式。
順序選擇方式 將在加工中心上加工某一零件所需的全部刀具按工序先後依次插入刀庫中。加工時按加工順序一一取用。采用這種選刀方式不需要識刀器，刀庫結構及其驅動裝置都非常簡單，每次換刀時控制刀庫轉位一次即可。缺點是刀庫中的刀具不能重復使用。
編碼選擇方式
將加工某一項零件所需的全部刀具(或刀座)都預先編上代碼，存放在刀庫中。加工時根據程序尋找所需要的刀具。由於每把刀具都有自己的代碼，它們在刀庫中的位置和存放順序可以與加工順序無關。每把刀具都可被多次重復使用。刀具編碼有多種方式，常用的有三種。①刀具編碼：在每一把刀具的尾部都用編碼環編上自己的號碼。選刀時根據穿孔帶所發出的刀號指令任意選擇所需的刀具。由於每把刀具都有自己確定的代碼，無論將刀具放入刀庫的哪個刀座中都不會影響正確選刀。采用這種編碼方式可簡化換刀動作和控制線路，縮短換刀時間。這種編碼現已獲廣泛應用。②刀座編碼：在刀庫的每一個刀座上用編碼板編碼。這種編碼方式的優點是刀柄不會因尾部有編碼環而增加長度；缺點是刀具必須對號入座，換刀時間長。③編碼鑰匙：預先給每把刀具都系上一把表示該刀具代碼的編碼鑰匙（圖2），當將刀具插進刀庫的刀座時,便同時也將鑰匙插入刀座的鑰匙孔內，這樣便將鑰匙上的代碼轉記到瞭刀座上，成為刀座的代碼。這種編碼方式的優點是在更換加工零件時隻需將鑰匙從刀座中取出，刀座上的代碼便自行消失，靈活性大，對於刀具管理和編程都十分有利，不易發生人為差錯。缺點是刀具必須對號入座。
識刀裝置 它的職能是從編碼裝置上讀出刀具的代碼。常用的識刀裝置有接觸式和非接觸式兩種。①接觸式識刀裝置：這種方式比較簡單、可靠，它在對應於編碼裝置的凸起和凹槽部分裝有一排電刷，選刀時，刀庫轉動，刀具編碼裝置依次經過電刷，其凸起部分和電刷接觸，讀出刀具代碼。②非接觸式識刀裝置：它由一組排列在一起的無觸點行程開關組成。當刀庫轉動時，刀具編碼裝置的突起部分（由鐵磁物質構成）接近識刀裝置，刀具代碼便被讀出。這種識刀裝置無撞擊、無噪聲、無磨損、壽命長、可用於高速選刀,但工作不夠穩定,調試較困難。