本课题以双弧面凸轮式自动换刀机械手为研究对象,基于Creo软件完成了该换刀机械手的设计,并建立了其整机的三维数字化样机。对弧面凸轮的非等价加工方法进行了研究,计算并推导了五轴非等价加工的刀位控制方程。在双弧面凸轮换刀机构多自由度动力学模型的指导下,建立了该机构的多刚体动力学数字样机以及刚柔耦合动力学数字样机,并进行了相应的动态仿真及分析。本文主要从以下几个方面展开研究:首先,基于凸轮及自动换刀机械手的基本理论知识,设计满足换刀需求的运动循环图,并以此循环图为基础,设计双弧面凸轮自动换刀机械手及此装置中所用到的弧面凸轮。基于Creo软件建立了该换刀机械手整机的数字样机,为随后的动力学研究奠定了基础。其次,以基于中点偏置的刀位补偿法作为基础理论依据,分析研究了弧面凸轮的非等价加工方法,推导并计算了非等价刀具在加工过程中的补偿量和补偿方向;研究了五轴机床中弧面凸轮的等价加工和非等价加工方法,利用坐标变换法计算并推导了五轴等价加工的刀位控制方程;按照刀位补偿法推导出五轴非等价加工的刀位控制方程,获得了对实际加工有指导意义的非等价加工刀位控制方程。最后,基于实际工作情况,创建了双弧面凸轮式自动换刀机构的多自由度刚柔耦合动力学模型,并推导出其动力学方程。通过ADAMS软件,创建了该机构的多刚体动力学数字样机,并对其动力学性能进行了分析;依据动力学模型,通过ANSYS软件对其关键构件进行了柔性化处理,并逐个导入到多刚体动力学数字样机中,完成了换刀机构的刚柔耦合动力学数字样机的建立,之后分析了该机构的动力学性能,此分析过程尽可能模拟了换刀机构在实际工作过程中的情况,其结果对换刀机构的设计、加工和生产都具有指导性作用。