自动换刀机构是刀库实现机械手换刀的重要装置，其中的关键部件的承载能力的好坏，对实现自动换刀动作起到至关重要的作用。本课题依据赫兹接触理论与微分几何等理论基础，对自动换刀机构中凸轮进行理论设计、建模仿真以及各关键部件受力分析与强度分析，提出对弧面凸轮加工参数的计算方法。得到了满足使用要求的产品，从而摆脱传统的经验法造成的设计缺陷，对自动换刀机构的生产、加工有指导性意义。首先，根据机械手旋转与插拔的时序，设计了运动循环图，建立了弧面凸轮和从动转动盘间啮合模型，针对机械手往复运动，依据四连杆运动特性与机构学相关理论建立了平面槽凸轮与连杆机构中滚子的啮合模型，针对弧面凸轮与平面槽凸轮的理论建模分析与ProE的强大造型功能，对该刀库ATC凸轮机构进行了实体三维造型，并对该机构进行了运动仿真分析，符合设计预期，验证了设计的可靠性。其次，针对弧面凸轮加工专用机床主轴摆角的限制，造成部分凸轮不能加工的问题。依据加工原理，建立了加工弧面凸轮所需最小摆角的目标函数，数值计算得到加工弧面凸轮的各分度段转角参数，并生成了走刀轨迹与加工数据，提供了加工工艺参数，为生产加工者提供足够的理论指导。最后，研究了ATC中凸轮强度，分别对ATC机构中的弧面凸轮与槽凸轮进行了应力接触的理论分析与强度计算，并与ProE仿真结果与理论计算相对比，为理论计算的正确性提供依据，最终得到ATC中凸轮强度满足使用要求。