數控機床上下料機械手由PLC可編程邏輯控制器協調控制，經各種液壓缸和氣缸配合進行動作處理。負責將機械手上下料軌道上的待加工工件移至機床內，待加工完畢后將加工后的工件從機床內取出，返回至上下料機械手軌道上。自動上下料機器人與數控機床相結合，可以實現所有工藝過程的工件自動抓取、上料、下料、裝卡、工件移位翻轉、工件轉序加工等，能夠極大的節約人工成本，提高生產效率。
1、工件輸送
采用水平輸送、傾斜輸送、提升輸送等方式。水平輸送可輸送不同物品，并且可以采用不同輸送速度、不同輸送形式;傾斜輸送可調節傾斜角度，通過使用帶有花紋的傳輸帶或水平擋板，提高傳輸帶對工件的抓著穩定性，防止工件滑散、甩脫，保證準確的運行軌跡;提升輸送占據空間小，對小型圓柱類零件有較好效果。
在PLC程序設計時，如所需加工的工件有方向性，編輯的PLC程序除控制工件的轉向定位，還應考慮到定位的可靠性。在一次定位不準時，可以重新轉向定位一到兩次，以保證循環中不會因工件輸送定位偶然出錯而停止。
2、機械手取料
當工件輸送到位，自動上下料機械手負責將輸送線上的待加工工件送到機床內，將加工完的工件從機床內取出，放回最初上料位置。其動作有：爪開合;升降運動;左右移動。其中手爪開合為汽缸驅動，升降運動、左右移動分別由伺服電機驅動。在抓工件過程中，必須保證手爪和工件之間的位置和角度關系。首先調整手爪上的基準面和臺面上相應的基準面貼合，以減小角度誤差;隨后平移手爪或料臺，調整位置誤差。
3、卡盤上下料
桁架機械手的卡盤上下料這是整個自動上下料機構的核心部分。在卡盤上下料過程中，機械手應和機床一些輔助功能配合工作，要求同步協調、穩妥可靠。上、下料道和儲料裝置與工作主機的相對位置，決定了工件在上料前和下料后在空間所處的位置和姿勢，這直接影響手臂的坐標形式。
4、機械手送料
卡盤上下料完成，數控機床上下料機械手須把已加工好的工件運送到送料槽，此時，送料優先于取料和卡盤上下料，取料優先于卡盤上下料，這樣才能保證在整個上下料循環過程中不會發生有料的抓手再去抓料。
注意：上料下料是一個完整的循環，必須以上料等待位開始，完成上料后才能進行下料，下料完畢后回到上料等待位，并準備執行下一上、下料循環。如果在過程中間斷電或誤操作，只能“恢復初位”在上料等待位重新開始。按“急停”慎重。
5、工件輸送到下一道工序
數控機床上下料機械手將已做好的工件送到料倉后，再通過輸送帶等方式把已做好的工件送到下一道生產工序。
安裝自動上下料機械手可以替換機器人傳送裝置，簡化工件輸送流程，使生產線結構更緊湊，提拔主動化程序，進步勞動生產率。經過實踐證實，采用龍門自動上下料機械手，從經濟角度、對生產制造廠而言，對模具的改動較小，經濟實用，也比較快捷，收到了較好的社會效益和經濟效益。
整個自動上下料過程包括五大部分：工件輸送、機械手取料、卡盤上下料、機械手送料及將零件送到下一工序。其中工件輸送和將零件送到下一工序部分與其他部分、數控加工并行執行;自動上下料機械手取料、機械手送料部分與數控加工同時進行。
數控機床上下料機械手能夠實現自動控制的、可重復編程、多功能、多自由度、運動自由度間成空間直角關系的自動化設備。
