随着机械制造业的快速发展，数控机床的应用越来越普遍。目前，高端数控机床已广泛采用自动换刀机械手实现传动，而弧面分度凸轮是自动换刀装置中的关键组成部分，它决定了刀具的定位精度和换刀时间，但弧面分度凸轮的制造相对困难。由于国内生产的弧面分度凸轮机械手精度较低、传动不平稳，只能用于低端领域，自动换刀装置中使用的高精度弧面分度凸轮大多数采用进口产品。因此，研究高精度的弧面分度凸轮的设计、制造和仿真技术，对于制造出高端凸轮换刀机械手具有重要的意义。本文在了解国内外弧面分度凸轮机械手的发展现状及研究成果的基础上，对各类研究方法进行比较和分析，发现弧面分度凸轮机械手设计的难点主要包括凸轮实体建模、加工制造及强度分析三方面。本文针对凸轮实体的上述三方面问题展开研究，采取新的建模方法进行建模，然后对其进行运动、加工仿真，最后对凸轮的频率和强度进行分析。主要研究内容及创新点如下：（1）阐述国内外机械手发展现状，根据机械手换刀技术的特点、选取弧面分度凸轮作为高端机械手驱动机构，并对换刀过程进行详细的描述。在分析常见凸轮运动规律曲线优缺点的基础上，采用Matlab软件进行计算和对比，最终选择出综合性能较理想的运动规律曲线，并据此绘制出机械手运动循环图。（2）建立弧面分度凸轮的空间坐标系及空间曲面方程，对弧面分度凸轮的主要运动参数和几何参数进行设计和计算。采用Matlab软件对空间曲面方程进行计算、得出三维坐标值，并将三维坐标值导入到SolidWorks中生成曲线、通过曲线生成曲面、最后通过曲面切除圆柱体完成弧面分度凸轮的实体建模。（3）利用三维造型软件SolidWorks进行建模和装配，并进行运动仿真、模拟和观察转盘的运动情况，着重查看角位移、角速度和角加速的变化结果，将其与理论计算值加以比较和分析。在MasterCAM软件中进行数控仿真，观察刀具加工弧面分度凸轮的整个运动过程，最后生成NC代码程序。（4）通过采用SolidWorks Simulation软件的分析模块，选择三种不同种类材料的弧面分度凸轮，分别完成了静态分析、频率分析和疲劳分析，验证结果证实多头弧面分度凸轮分度期的强度、频率及疲劳满足设计要求，极大地缩短了弧面分度凸轮的开发周期。