自動換刀系統數控加工中心的重要組成部分。刀具夾持元件的結構特性及它與加工中心主軸的聯結方式，將直接影響加工中心的加工性能。刀庫結構形式及刀具交換裝置的工作方式，則會影響加工中心的換刀效率。自動換刀系統本身及相關結構的復雜程度，又會對加工中心的成本造價產生直接影響。

從換刀系統發展的歷史來：

1956年日本富士通研究成功數控轉塔式沖床，美國IBM公司同期也研制成功了APT。

1958年美國K&T公司研制出帶ATC(自動刀具交換裝置)的加工中心。

1967年出現了FMS(柔性制造系統)。

1978年以后，加工中心迅速發展，帶有ATC裝置，可實現多種工序加工的機床。

1983年國際標準化組織制定了國際標準，自動換刀系統便形成了統一的結構模式。

目前國內外加工中心自動換刀系統中，刀具、輔具多采用錐柄結構，刀柄與機床主軸的聯結、刀具的夾緊放松機構及驅動方式幾乎都采用同一種結構模式。

在種模式中，加工中心主軸常采用空心的帶有拉桿、碟形彈簧組的結構形式，由液壓或氣動裝置提供動力，實現夾緊放松刀柄的動作。利用這種機構夾持刀具進行數控加工的蕞大問題是，它不能同時獲得高的夾持剛度和刀具振擺精度，而且主軸結構復雜，主軸軸向尺寸過大，加上它的液壓驅動裝置及刀具輔具錐柄的制造成本，使得自動換刀系統的造價在加工中心整機中占有較大的比重。

據有關資料介紹，在刀具采用錐柄夾頭、側壓夾頭以及彈簧夾頭夾緊性能的對比實驗中，采用彈簧夾頭夾持刀具是唯壹可同時獲得高的夾持剛度和振擺精度的理想元件。采用這種夾持元件，刀具或刀具輔具可作成圓柱柄，其制造成本低，精度易保證，這對大容量刀庫降低刀具輔具的制造成本，意義更為顯著。

在現代加工中心上亦有采用彈簧夾頭作為刀具的夾持元件，但機床的主軸結構、驅動方式仍然采用與上述錐柄刀具完全相同的結構形式。采用這種結構模式，在實際數控加工中，尤其是在需要超高速主軸、主軸的徑向、軸向尺寸都很小、沒有足夠的換刀空間的微細加工場合中實現自動換刀將會是很困難的，如果實施自動換刀那將使加工中心成本大幅度提高。