机器人应用于机床自动化方式有三种：“地装式机器人搬运”、“地装行走轴机器人搬运”以及“天吊行走轴机器人搬运”，均可以通过长时间连续无人运转实现制造成本的削减，以实现通过机器人化实现质量的稳定。其中最具有扩展性的是“地装行走轴机器人搬运系统”，可根据实际使用的需要，对有效行程进行调整，而且运动由机器人直接控制，不需要增加控制系统；此外还具有防护性能好、重复精度高、结构简单以及易于维护等特点。
FANUC M-710iC/50配合小型加工中心即可完成一体化任务
如FANUC M-710iC机器人就属于这一种，它具有紧凑的结构和优越的动作性能，可以安装在机床之间的狭小空间内灵活作业；利用整体视觉系统，识别散乱堆放的汽车零部件并快速精准地取出，从而完成高速拾取功能的作业；即便在被加工件出现装配位置错位的情况下，也能校正后精准作业。
FANUC M-710iC/50机器人配合几台FANUC ROBODRILL小型加工中心即可完成柔性化、无人化、一体化的机床上下料工作，集高效生产、稳定运行、节约空间等优势于一体。采用机器人作为机床上下料作业，解决了目前两大难题：首先，专机或人工上下料占地面积大，结构复杂、维修不便，不利于自动化流水线的生产；其次，使用人工会造成劳动强度的增加，容易产生工伤事故，效率也比较低，且产品质量的稳定性不够，不能满足大批量生产的需求。
机床领域自动化系统使用最普通的是机器人上下料系统，机器人对无定位工件的自动柔性搬运系统的工作原理，就是利用高清晰摄像头（vision系统）实现对无定位工件的准确位置判断。在机器人收到信号后，机器人装上为工件定制的专用手爪可靠地抓取工件，在与机床进行通讯得到上料请求后，最终完成机床的上下料。通过2D照相机来检出、取出，再通过3D立体传感器校正工件偏差。并利用一体机电脑实时显示视觉拍摄图像。
FANUC iR Vision 2DV视觉系统主要是通过视觉系统软件设置，建立视觉画面上的点位与机器人位置相对应关系。对工件进行视觉成像，与已标定的工件进行比较，得出偏差值，即机器人抓放位置的补偿值，实现机器人自动抓放。加工工件只需放置于上下料滑台无定位装置的托盘上，待加工工件可以在托盘上移动±2cm以及旋转±30°。
3D视觉定位技术解决了定位面有偏差的工件上料位置变化问题。由于加工工件为毛坯件，机器人抓取工件后，上料的定位孔位置会发生变化，甚至工件上料时的平面度也有变化。2DV是通过摄像头计算平面变化量，3DL是通过摄像头和激光综合计算空间变化量，实际上是2DV与激光技术的综合应用。该技术的应用大大增加了系统设计的可行性，尤其是在遇到定位面有偏差的工件设计时。
使用机器人服务加工中心组成柔性加工生产线的自动化方式逐步得到广泛采用，从而在提高生产效率、减少人工成本、保障作业安全、提高生产品质等方面起到了显著作用。