随着装备制造业的快速发展，以加工中心为代表的高档数控机床的需求量与日俱增，作为加工中心的关键功能部件____自动换刀机械手的国产化问题得到了国家的高度重视。2007年5月国家发布了《高档数控机床与基础制造装备重大专项》，并将“大型刀库及自动换刀装置”列入国家“十一五”发展规划和国家中长期科技发展规划纲要。为实现加工中心关键功能部件的国产化，本文以弧面凸轮式换刀机械手为对象，开展了换刀机械手运动循环过程设计、从动件运动规律设计、关键零件弧面凸轮的设计和加工等研究工作。　　 论文完成的主要工作以下：　　 (1) 根据加工中心对自动换刀机械手的工作要求，完成了弧面凸轮式换刀机械手运动循环过程的设计，按修正正弦加速度运动规律完成了主动件弧面凸轮工作轮廓面的设计，并应用Matlab软件进行了从动件运动规律的优化。　　 (2) 应用三维设计软件UG建立了换刀机械手主要部件的三维零件模型和装配模型，并以此为基础进行了装配间隙分析和干涉检查，开发了自动换刀机械手的虚拟样机。　　 (3) 针对加工中心自动换刀装置中的核心部件弧面凸轮，采用了基于滚子中心线的建模方法，解决了传统方法中用共轭曲面理论建立曲面轮廓方程所存在的不足。基于UG平台，应用其二次开发工具UG/GRIP完成了弧面凸轮的建模和数控加工程序的开发工作。　　 (4) 分析了用DMU80T和FSK-25G五轴联动加工中心进行凸轮加工的工艺方案，开发了凸轮加工刀具位置源文件（CLSF），并针对FSK-25G五轴联动加工中心建立了虚拟数控机床，利用仿真技术对加工过程进行了模拟验证，证实了刀轨的正确性和在FSK-25G机床上加工的可行性。