进入21世纪，全球范围内机床的发展趋势已经明显呈现出高精度、高速、复合化的特点。近年来，为适应磨削加工的高效率、高精度、高复合加工，出现了一种磨削加工中心。磨削加工中心具备磨削工具的自动交换或自动选择的机能，工件一次装夹能进行多工序磨削加工的数控机床。磨削加工中心是典型的将各磨削工序复合，一次装夹就可以完成平面、内外圆、锥面甚至是曲面等磨削加工的高效磨床。由于只有一次装夹，统一了加工基准，保证了各工序的加工精度。与其他数控磨床相比，磨削加工中心能够自动选择和自动交换磨削工具，因此，砂轮的自动更换技术就显得尤为重要。基于此，本文分析了自动更换砂轮技术，选取了使用自动换刀刀柄形式的更换砂轮技术，设计了换砂轮机械手，并设计改进了刀库的刀套和倒刀结构。本文所做工作总结如下：对磨削加工中心及换刀机械手方面的研究与应用的国内外研究现状作了比较全面的综述，并阐述了磨削加工中心换刀机械手的研究目的和意义。介绍与总结了换刀机械手结构与形式，磨削加工中心可以采用自动换刀刀柄的形式。介绍了机械手的系统功能设计要求及总体设计方案。在此基础上对机械手的各执行机构进行了设计，包括手爪立卧转换机构、伸缩机构、旋转机构、升降机构，也包括气缸的计算与选型，以及其导向装置等配套系统的设计，完成了机械手的整体结构设计。运用三维CAD软件UG建立了机械手三维实体模型，使用ADAMS对模型进行运动学和动力学仿真，利用气动回路特性软件Ver4.0和气压传动系统动力学特性对机械手运动进行了更准确的模拟。在分析传统刀套结构的基础上设计了3种可能性方案，经过对各个方案分析，决定采用方案三的设计方案。改进了倒刀装置，采用双摆动气缸结构，增加了一个副气缸，可以使刀套可以分别旋转90°和180°。并对倒刀结构进行了运动分析，建立了从动件与主动件运动关系，表明了使用副气缸驱动倒刀装置渡过传动角过小甚至死角的阶段是可行的。