越来越多的机床厂家，开始“联姻”机器人，机床厂家引入机器人的机加工自动线加工定位精度高、加工重复性好，杜绝了磕碰伤现象的发生，杜绝了人工装夹误差的产生，同时，还节约了生产成本，大大提高了生产效率。在焊接、搬运、码垛、装配等大多数应用领域里，工业机器人是作为主机使用的。与此不同，与机床配套的机器人一般是作为辅机来发挥作用的。当前机床机器人具体的应用形式主要有：
单机上下料是机器人在机床上最典型和最成熟的应用。它比人工上下料更准确、迅速、安全。对生产批量大、加工时间短的中小零件加工，或需吊装的笨重工件而言，机器人上下料的优势特别明显。机器人与机床的结构关系分为机器人安装于机床外部和与机床构成一体两种形式。安装于机床外部的机器人，又分为固定式、移动式和椼架式等类型。
单机版桁架机器人针对单台数控机床配置的自动上下料装备，满足零部件的单工序自动化生产。桁架采用高强度钢梁、双立柱架构，纯模块化设计，适用于轴类、盘类、圆环等各种工件的自动上下料。具备灵活通用、移动速度快、定位精度高、使用寿命长等优点。
多联机桁架机器人自动线满足单流体工件从毛坯件开始，经过粗加工、精加工、自动磨、自动铣、自动钻攻、自动检测、自动清洗烘干、自动码垛装箱、自动物流等等各生产工序后直接入库。多联机自动线采用模块化设计，基于单机版或双机版的桁架机器人标准单元进行无缝拼接联线，实现多工位多工序联动生产。整线配置设备监控系统与订单管理系统，是实现数字化工厂的最优解决方案。
由机器人承担工件的工序转换工作，与若干台机床组成柔性生产线，是一种比单机上下料更为复杂也更有价值的一种应用。在当前工业转型升级过程中，市场需求越来越旺盛。在这种应用场合下，机床布局取决于工艺路线和现场条件等因素。常见的有L型、U型和直线型、对面布置等形式，其中三台数控机床构成U型的布局，由一台机器人在场地中间进行工件转换，这种布局十分紧凑。