一、直接换刀方式
所谓直接换刀方式是指换刀过程由刀库和主轴箱配合完成，这是一种zui直接的换刀方式。一般配置的刀库是斗笠式的。按照换刀过程中，刀库有没有发生位移来区分，直接换刀方式又可以分为刀库移位方式和刀库固定方式两种。刀库移位方式中，刀库是可以移动的，在换刀前，刀库进入换刀工作区，换刀后在退出该区域。这种换刀方式由于刀库发生的运动较多，布局比较讲究，灵活性和适应性较差。刀库固定方式中，主要通过主轴箱的移动进行选刀。刀库可以是保持静止的，也可以只进行位置旋转。前者只能进行顺序选刀，适用于刀具数量较少的数控加工中心，而后者可以实现转位选刀。这种选刀方式减少了刀库的移动，可以大大简化刀库的设计结构，对换刀过程的控制也简单可靠。直接换刀方式的特点是换刀速度慢、故障率高，只在早期的机型上使用。
二、机械手换刀方式
一般配置机械手换刀机构的刀库常使用圆盘式刀库。所谓机械手换刀方式，就是指在换刀时，由机械手进行抓刀、选刀及换刀。负责在刀库和数控加工中心的主轴之间传递刀具，将替换下来的刀具送回到刀库内，再将需要使用的刀具推送到主轴上。这种换刀方式的特点是待使用的新刀和已使用的旧刀同时抓取。也就是说抓刀和换刀同时进行，因此相对其它换刀方式来说，具有换刀速度更快、各机械元件的运动幅度更小等特点。是现在比较主流的换刀方式。
三、转塔头换刀方式
转塔头方式是通过砖塔的旋转，使需要的刀具移动到相应位置的换刀方式。它一般为顺序换刀，优点是结构紧凑，换刀时间极短，一般较多应用于加工曲轴类等细长类工件且需要完成多道工序的复杂工序加工场合。
转塔头方式的自动换刀装置和直接换刀方式类似，又分为转塔刀架换刀和砖塔主轴头换刀两种方式。转塔刀架换刀方式是通过转塔头的旋转，实现自动换刀动作；转塔主轴头换刀方式也需要配备转塔，但转塔主轴上连接的不是刀架，而是多个不同方位，成章鱼触手状分布的分主轴头，每个主轴头上事先安装有各个工序需要使用的刀具。
在数控加工中心加工中，通过旋转转塔，各主轴头按照程序指令，依次转动到加工位置，从而实现自动换刀动作。这种换刀方式，由于各分主轴都集中在一个转塔上，对转塔主轴的刚度有较高的要求，对刀具主轴的数量也有一定的限制。这种换刀方式主要应用在较小型的数控加工中心上。