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在三坐标测量机的使用中，坐标系的建立是最为关键的一步，是工件测量的基本依据。设备在组装本身中有着XYZ三个互相垂直的坐标轴，因此坐标系的建立便是通过以工件上的特征作为依据建立XYZ三个互相垂直的坐标轴与设备的坐标轴进行对应，从而使程序得以运行。

物体在空间中自由运动大致分解为6个自由度，分别为沿X轴平移、绕X轴旋转、沿Y轴平移、绕Y轴旋转、沿Z轴平移、绕Z轴旋转。建立坐标系则需要限制物体在空间中的自由运动，也就是说需要限制6个自由度。

1. 零件找正

测量平面，找正零件，即确定第一轴线。选择垂直于零件轴线的平面而不是选择垂直于机器坐标轴的平面。零件找正步骤中一般可以限制2个轴的旋转，限制的轴由选定的平面所在工作平面而定。

2. 旋转轴

旋转轴也就是确定第二轴线，需要先确定第一轴线，也就是先进行零件找正后才能进行旋转轴步骤。该步骤可以把剩余的第三个轴的旋转进行限制。但个别零件，如缺乏端面参照的轴类零件则不需要进行旋转轴。

3.设置原点

最后一步设置原点，则是限制XYZ三个方向的平移，把零点位置固定在工件上的特征位置上。

特征有着不同的特性，如平面可以作为零件找正，限制2个轴的旋转，在已经使用其他特征零件找正后，也可以作为旋转轴，同时可以作为零点限制一个方向的平面；而2D直线则无法进行零件找正，但可以进行旋转轴及一个方向的原点设置；点只能作为一个方向的原点，而圆则可以作为两个方向的原点，球体则可以限制3个方向平移等。最后总结出下表：

1.平面-2D直线-点

步骤：

1.工作平面为Z正，测量所需特征平面1、直线1、点1。

2.选择平面1找正方向为Z正。

3.选择直线1，根据直线1测量时的顺序，此处为人朝向设备，因此围绕Z正旋转到Y正方向。

4.设置原点，以平面1作为Z的原点，以直线1为X的原点，以点1为Y的原点。

建立完毕。 2.平面-平面-平面

步骤：

1.工作平面为Z正，测量所需特征平面1、平面2、平面3。

2.选择平面1找正方向为Z正。

3.选择平面2，由特征性质决定平面2矢量方向为X负，因此围绕Z正旋转到X负方向。

4.设置原点，以平面1作为Z的原点，以平面2为X的原点，以平面3为Y的原点。

建立完毕。

3.平面-圆-圆

步骤：

1.工作平面为Z正，测量所需特征平面1、圆1、圆2。

2.选择平面1找正方向为Z正。

3.按顺序选择圆1、圆2，以两个圆孔中心构建直线，方向为Y正，因此围绕Z正旋转到Y正方向。

4.设置原点，以平面1作为Z的原点，以圆1为X、Y的原点。

建立完毕。

4.四面分中

步骤：

1.工作平面为Z正，测量所需特征平面1、直线1、直线2、直线3、直线4，使用构造线，把直线1、直线3构造中分线直线5，直线2、直线4构造中分线直线6。

2.选择平面1找正方向为Z正。

3.选择直线1，方向为Y正，因此围绕Z正旋转到Y正方向。

4.设置原点，以平面1作为Z的原点，以直线5为X的原点，以直线6为Y的原点。

建立完毕。

5.圆柱-平面/点（车削件，无旋转基准）

步骤：

1.工作平面为X正，测量所需特征柱体1、平面1，以柱体1与平面构造点1。

2.选择柱体1找正方向为X正。

3.设置原点，以柱体1作为Y、Z的原点，以点1作为X的原点。

建立完毕。

在测量环境中，坐标系位置选择图纸标注的基准面，如果没有特别注明，则选择加工较好的特征。