数控机床上下料机械手由PLC可编程逻辑控制器协调控制，经各种液压缸和气缸配合进行动作处理。负责将机械手上下料轨道上的待加工工件移至机床内，待加工完毕后将加工后的工件从机床内取出，返回至上下料机械手轨道上。自动上下料机器人与数控机床相结合，可以实现所有工艺过程的工件自动抓取、上料、下料、装卡、工件移位翻转、工件转序加工等，能够极大的节约人工成本，提高生产效率。
1、工件输送
采用水平输送、倾斜输送、提升输送等方式。水平输送可输送不同物品，并且可以采用不同输送速度、不同输送形式;倾斜输送可调节倾斜角度，通过使用带有花纹的传输带或水平挡板，提高传输带对工件的抓着稳定性，防止工件滑散、甩脱，保证准确的运行轨迹;提升输送占据空间小，对小型圆柱类零件有较好效果。
在PLC程序设计时，如所需加工的工件有方向性，编辑的PLC程序除控制工件的转向定位，还应考虑到定位的可靠性。在一次定位不准时，可以重新转向定位一到两次，以保证循环中不会因工件输送定位偶然出错而停止。
2、机械手取料
当工件输送到位，自动上下料机械手负责将输送线上的待加工工件送到机床内，将加工完的工件从机床内取出，放回最初上料位置。其动作有：爪开合;升降运动;左右移动。其中手爪开合为汽缸驱动，升降运动、左右移动分别由伺服电机驱动。在抓工件过程中，必须保证手爪和工件之间的位置和角度关系。首先调整手爪上的基准面和台面上相应的基准面贴合，以减小角度误差;随后平移手爪或料台，调整位置误差。
3、卡盘上下料
桁架机械手的卡盘上下料这是整个自动上下料机构的核心部分。在卡盘上下料过程中，机械手应和机床一些辅助功能配合工作，要求同步协调、稳妥可靠。上、下料道和储料装置与工作主机的相对位置，决定了工件在上料前和下料后在空间所处的位置和姿势，这直接影响手臂的坐标形式。
4、机械手送料
卡盘上下料完成，数控机床上下料机械手须把已加工好的工件运送到送料槽，此时，送料优先于取料和卡盘上下料，取料优先于卡盘上下料，这样才能保证在整个上下料循环过程中不会发生有料的抓手再去抓料。
注意：上料下料是一个完整的循环，必须以上料等待位开始，完成上料后才能进行下料，下料完毕后回到上料等待位，并准备执行下一上、下料循环。如果在过程中间断电或误操作，只能“恢复初位”在上料等待位重新开始。按“急停”慎重。
5、工件输送到下一道工序
数控机床上下料机械手将已做好的工件送到料仓后，再通过输送带等方式把已做好的工件送到下一道生产工序。
安装自动上下料机械手可以替换机器人传送装置，简化工件输送流程，使生产线结构更紧凑，提拔主动化程序，进步劳动生产率。经过实践证实，采用龙门自动上下料机械手，从经济角度、对生产制造厂而言，对模具的改动较小，经济实用，也比较快捷，收到了较好的社会效益和经济效益。
整个自动上下料过程包括五大部分：工件输送、机械手取料、卡盘上下料、机械手送料及将零件送到下一工序。其中工件输送和将零件送到下一工序部分与其他部分、数控加工并行执行;自动上下料机械手取料、机械手送料部分与数控加工同时进行。
数控机床上下料机械手能够实现自动控制的、可重复编程、多功能、多自由度、运动自由度间成空间直角关系的自动化设备。
