三维坐标测量机广泛的运用于精密测量行业中，超高精密技术的日益发展推动了纳米测试技术的发展，对三坐标测量机性能及精度提出更高的要求，因此研制具有纳米级精度的三坐标测量机已成为当务之急。实现纳米级测量对三坐标测量机三维定位工作台结构精度提出了更高要求，本文主要对纳米三坐标测量机的三维定位工作台进行了研究与设计。采用了“331”原则完成了纳米三坐标测量机主体结构设计。结合主体结构及精密机械设计原则，运用机械设计软件Solidworks完成了测量机的三维定位平移台的机械结构设计，包括通用器件选型、测量器件选型及其调整机构设计、共平面二维定位平移台部件设计、Z向定位工作台部件设计及基台设计五部分。运用有限元分析软件ANSYS对微纳三维定位工作台各部分不同状态进行了一系列的建模和重力及自重分析，分析指出： Z向工作台及配重的重力引起的X、Y向定位工作台在运动中结构变形过大，对此提出添加力平衡系统的方案以平衡Z向系统重力； X、Y向工作台自重变形过大，通过适当增加平移台厚度及导轨受力部位添加加强筋的方法能减小自重变形以满足机械设计精度。本文研究设计的上述机械结构已应用于纳米三坐标测量机中。经过总体的装配、调整及测试，三维定位工作台达到设计要求。