数控车床刀架工作原理是在加工的过程中，当端面齿盘上的定位销拔出后，切削力过大或撞刀时，刀盘会产生微量转动，圆光栅将传动转换成脉冲信号送给数控系统，正常时用于刀盘上刀具刀位的计数；撞刀时用于产生刀架报警信号。刀盘的转动可根据最近找刀原则实现正反向转动，以达到快速找力的目的。
它属于四工位刀架，由电动机、蜗轮和蜗杆结构、丝杠和螺母结构、霍尔元件定位系统等组成，正转时，电动机通过涡轮和蜗杆结构将驱动传给丝杠，螺母和转动的刀架是键槽联结，即螺母和转动的刀架只能做相对上下滑动，而不能相对转动。
而螺母与电机底座是通过齿面啮合形成定位机构，在这对啮合齿脱开之前，螺母是不能转动的，也就是转动的刀架也是不能转动，刚刚开始，由于丝杠的顺时针旋转，螺母相对于转动的刀架向上移动。
当啮合齿脱开后，通过销钉和止推槽的作用，使得丝杠转动→螺母转动一刀架转动→进行换刀，到指定的工位时，通过霍尔元件定位系统将到位信号传递给数控装置系统，从而停止转动，通过霍尔元件定位系统和辅助定位销钉进行位置的定位。
数控装置控制刀架换刀电动机进行一定延时的反转信号，因为止推销钉的作用，螺母系统和刀架系统不能反转，因而螺母系统顺着丝杠向下移动，直到两对啮合齿重新啮合为止，这样完成了整个换刀的过程。
数控机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架，转塔车床的转塔刀架，回轮式转塔车床的回轮刀架，自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。
随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。
加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，定现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。
因此，刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、切削效率和体现了机床的设计和制造技术水平。
回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，一般通过液压系统或电气来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架，并相应地安装4把、6把或更多的刀具。