1. 工件定位和坐标设定
在精密模具加工或者大型模具加工过程中，工件定位和坐标设定十分重要，前者对加工精度影响颇大；后者在调整装夹方面比较困难。使用机床测头系统就使得这一过程简单快捷而准确可靠，我们只需将工件固定，然后使用机床测头对定位基准（点、面、孔、轴、台阶、角）进行测量，便可迅速确定和更新机床加工坐标，整个过程只需几十秒。在航空发动机零件和飞机零件的加工中，已经广泛应用并且依赖于机床测头系统来进行定位和坐标设定，如机匣零件、起落架结构件等。
2. 测量零件
在大型模具产品中，有大量毛坯材料昂贵、加工周期长的零件，这类零件一旦报废将损失惨重。因此，在加工过程中进行监测以排除各种因素对尺寸精度的影响便十分重要。机床测头系统提供了一种方便可靠的解决方案，不必在加工过程中多次将零件搬移到计量室，只需调用相应的测量循环，应用机床测头系统，即可测出结果。根据零件测量的不同需要，可以使用代码导出的标准测量循环，也可以使用基于PC机的对话式测量软件，还可以使用直接从CAD导入零件模型的自动测量软件OMV（On Machine Verification）。大量应用实例表明，正确地使用机床测头系统，有可能消除零件在加工中超差、报废的现象。
3. 刀具设定
刀具对于数字化制造是至关重要的，刀具参数的获取往往要耗费大量时间，而且机外对刀设备不能将跳动、主轴的热膨胀等因素充分考虑在内。使用机床对刀测头，在刀具旋转的状态下测量刀长、刀径和轮廓，可以迅速确定刀具参数并输入控制器处理。因此，使用对刀测头可以大量减少辅助时间，提高机床利用率。
4. 刀具磨损/破损检测
在加工过程中，及时获取刀具磨损参数并进行自动补偿，是保持加工精度的重要手段。及时发现刀具的破损，可以避免零件报废或者后续工序刀具的损坏，防止进一步的损失。可以根据工艺需要，在合适的环节设置刀具测量/补偿工步，或者检查刀具是否破损，提高加工过程的自动化智能化程度。
5. 零件识别/毛坯余量分配
在自动化制造过程中，如FMS或者CIMS系统都有大量的机床测头的智能化使用的范例，测头可以被用来检测零件特征，判断零件并调用相应的加工程序，实现无人化生产；对于一些易变形不稳定的毛坯，可以用测头的测量结果来分配切削余量或者选择不同的加工程机床测头系统的功能
