在自动换刀数控机床中，机械手的形式也是多种多样的，常见的有如图7-28所示几种形式。
1）单臂单爪回转式机械手
单臂单爪回转式机械手的手臂可以回转不同的角度，进行自动换刀，手臂上只有一个卡爪，不论在刀库上还是在主轴上，均靠这一卡爪来装刀和卸刀，因此换刀时间较长，如图7-28a所示。
2）单臂双爪回转式机械手
单臂双爪回转式机械手的手臂上有两个卡爪，两个卡爪有所分工：一个卡爪执行从主轴上取下旧刀送回刀库的任务；另一个卡爪则执行由刀库取出“新刀”送到主轴的任务，其换刀时间较上述单爪回转式机械手短，如图7-28b所示。
3）双臂回转式机械手
双臂回转式机械手的两臂各有一个卡爪，两个卡爪可同时抓取刀库及主轴上的刀具，回转180°后又同时将刀具放回刀库及装入主轴，其换刀时间较前两种单臂回转式机械手均短，是最常用的一种形式。如图7-28c所示，右边的一种机械手在抓取或将刀具送入刀库及主轴时，两臂可伸缩。
4）双机械手
双机械手相当于两个单臂单爪机械手，互相配合起来进行自动换刀。其中一个机械手从主轴上取下“旧刀”送回刀库，另一个机械手由刀库取出“新刀”装入主轴，如图7-28d所示。
5）双臂往复交叉式机械手
双臂往复交叉式机械手的两手臂可以往复运动，并交叉成一定角度。一个手臂从主轴取下“旧刀”送回刀库，另一个手臂由刀库取出“新刀”装入机床主轴。整个机械手可沿某导轨直线移动或绕某个转轴回转，以实现刀库与主轴间的运刀工作，如图7-28e所示。
6）双臂端面夹紧式机械手
双臂端面夹紧式机械手只是在夹紧部位上与前几种不同，前几种机械手均靠夹紧刀柄的外圆表面以抓取刀具，这种机械手则夹紧刀柄的两个端面，如图7-28f所示。
思考与练习
1.数控机床主轴为何需要“准停”？如何实现“准停”？(www.xing528.com)
2.数控机床主轴部件的滚动轴承配置有哪几种形式？适用于什么场合？
3.试述滚珠丝杆副的优、缺点和使用场合。
4.滚珠丝杠副中的滚珠循环方式可分为哪两类？试比较其结构特点及应用场合。
5.试述滚珠丝杠副轴向间隙调整及预紧的基本原理。常用的调隙及预紧的结构形式有哪几种？各有什么特点？
6.数控机床的主轴传动方式有哪几种？各有何特点？
7.数控机床的进给传动方式和结构具有哪些显著的特点？
◎学习成果达成要求
结构优化设计是近年来发展的机械装备结构设计的新技术，对于提高机械装备结构机械性能、减轻结构自重具有重要意义。
学生应达成的能力要求包括：
1.能针对具体的机械装备结构设计问题，选择合理的优化设计方法，并建立正确的优化设计数学模型。
2.能用商用结构分析和优化软件，解决简单机械装备结构设计问题。
任何机械装备结构的结构型式、形状和尺寸都必须根据设计准则，由工程师给定。怎样的结构是在满足使用要求条件下的最优结构？这就是结构优化设计（structural design optimization）要解决的主要问题。
要得到“最优”结构，必须明确两个问题：一是设计结果优劣的判定依据；二是按照判据评定结构“优劣”的工具。设计结果“优劣”的判据由设计要求决定，一般有以下三种：一是结构能够实现的功能，如机床的床身，需能够安装所有在其上固定或运动的部件，也必须保证切屑能顺利排出以及冷却的功能，同时须和整机的外形相协调；二是结构的强度、刚度、稳定性，以及可靠性等性能，这是结构保证正常使用的基本条件，如机床的床身，需要有足够的动静态刚度，以保证机床的加工精度和加工效率；三是经济性，即保证结构正常使用的条件下，结构在制造、安装、运输等过程中经济性能良好。以上三种条件互相制约、关系复杂。所谓“最优”设计，就是在保证这些条件之间某种平衡的同时，使某一种或若干种性能最优的设计。20世纪60年代以来，电子计算机的出现，有限元方法和数学规划理论的发展，使得人们不仅有了强大的结构分析工具来判定结构的“优劣”，而且有了系统的方法来改进设计和优化设计，结构优化设计这一领域得到了迅速的发展，成为计算力学的一个重要分支。
与传统优化设计方法不同，结构优化设计方法是建立在理论分析基础上的科学技术。它将结构分析、计算力学、数学规划、计算机科学和数值计算技术等学科融为一体，借助科学的计算方法和工具，自动完成设计方案或模型的修改过程。因此，结构优化设计既是传统设计的扩展和延伸，也是现代创新设计领域的重要核心技术与定量设计方法，它使设计者由被动的分析校核转变为主动设计控制。
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