自动换刀数控机床多采用刀库式自动换刀装置。带刀库的自动换刀系统由刀库和刀具交换机构组成，它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀方法。换刀过程较为复杂，首先把加工过程中需要使用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上，在机外进行尺寸预调整之后，按一定的方式放入刀库，换刀时先在刀库中进行选刀，并由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具。在进行刀具交换之后，将新刀具装入主轴，把旧刀具放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量，它既可安装在主轴箱的侧面或上方，也可作为单独部件安装到机床以外。
1、刀库的种类(1)直线刀库：刀具在刀库中直线排列、结构简单，存放刀具数量有限(一般8把-12把)，较少使用。(2)圆盘刀库：存刀量少则6把-8把，多则50把-60把，有多种形式。刀具径向布置，占有较大空间，一般置于机床立柱上端。刀具轴向布置，常置于主轴侧面，刀库轴心线可垂直放置，也可以水平放置，较多使用。刀具为伞状布置，多斜放于立柱上端。为进一步扩充存刀量，有的机床使用多圈分布刀具的圆盘刀库，多层圆盘刀库和多排圆盘刀库。多排圆盘刀库每排4把刀，可整排更换。后三种刀库形式使用较少。(3)链式刀库：链式刀库是较常使用的形式，常用的有单排链式刀库和加长链条的链式刀库。(4)其他刀库。格子箱式刀库。
2、换刀方式数控机床的自动换刀装置中，实现刀库与机床主轴之间传递和装卸刀具的装置称为刀具交换装置。(1)无机械手换刀。必须首先将用过的刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不可能同时进行，因此换刀时间长。(2)机械手换刀。采用机械手进行刀具交换的方式应用得最为广泛，这是因为机械手换刀有很大的灵活性，而且可以减少换刀时间。
