数控机床的刀具交换方式通常分为由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换和采用机械手交换刀具两类。刀具的交换方式和它们的具体结构对机床的生产率和工作可靠性有直接的影响。
由刀库与机床主轴的相对运动实现刀具交换的装置，在换刀时必须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。龙门加工中心，就是采用这类刀具交换方式的实例。它的选刀运动由伺服电动机驱动链式刀库旋转来完成，换刀运动由主轴箱沿Y和Z轴运动来完成。
采用机械手进行刀具交换的方式应用最为广泛，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。目前在加工中心上绝大多数都使用记忆式的任选换刀方式。这种方式能将刀具号和刀库中的刀套位置(地址)对应地记忆在数控系统的PC中，不论刀具放在哪个刀套内都始终记忆着它的踪迹。刀库上装有位置检测装置(一般与电动机装在一起)，可以检测出每个刀套的位置，这样刀具就可以任意取出并送回。刀库上还设有机械原点，使每次选刀时，就近选取，如对于盘式刀库来说，每次选刀运动或正转或反转不会超过180º。