五軸加工中心工件一次裝夾就可完成五面體的加工，還可以對復雜的空間曲面進行高精度加工。立式加工中心（三軸）*有效的加工面僅為工件的頂面，臥式加工中心借助回轉工作臺，也只能完成工件的四面加工。
1、工作臺回轉軸
設置在床身上的工作臺可以環繞X軸回轉，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。工作臺的中間還設有一個回轉臺，在圖示的位置上環繞Z軸回轉，定義為C軸，C軸都是360度回轉。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺上的工件除了底面之外，其余的五個面都可以由立式主軸進行加工。A軸和C軸*小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。A軸和C軸如與XYZ三直線軸實現聯動，就可加工出復雜的空間曲面，當然這需要高檔的數控系統、伺服系統以及軟件的支持。這種設置方式的優點是主軸的結構比較簡單，主軸剛性非常好，制造成本比較低。但一般工作臺不能設計太大，承重也較小，特別是當A軸回轉大于等于90度時，工件切削時會對工作臺帶來很大的承載力矩。
2、依靠立式主軸頭的回轉
主軸前端是一個回轉頭，能自行環繞Z軸360度，成為C軸，回轉頭上還帶可環繞X軸旋轉的A軸，一般可達±90度以上，實現上述同樣的功能。這種設置方式的優點是主軸加工非常靈活，工作臺也可以設計的非常大，客機龐大的機身、巨大的發動機殼都可以在這類加工中心上加工。這種設計還有一大優點：我們在使用球面銑刀加工曲面時，當刀具中心線垂直于加工面時，由于球面銑刀的頂點線速度為零，頂點切出的工件表面質量會很差，采用主軸回轉的設計，令主軸相對工件轉過一個角度，使球面銑刀避開頂點切削，保證有一定的線速度，可提高表面加工質量。這種結構非常受模具高精度曲面加工的歡迎，這是工作臺回轉式加工中心難以做到的。為了達到回轉的高精度，高檔的回轉軸還配置了圓光柵尺反饋，分度精度都在幾秒以內，當然這類主軸的回轉結構比較復雜，制造成本也較高。
主軸回轉的立式五軸加工中心的主軸重力向下，軸承高速空運轉的徑向受力是均等的，回轉特性很好，因此可提高轉速，一般高速可達1,2000r/min以上，實用的*高轉速已達到4,0000轉。主軸系統都配有循環冷卻裝置，循環冷卻油帶走高速回轉產生的熱量，通過制冷器降到合適的溫度，再流回主軸系統。X、Y、Z三直線軸也可采用直線光柵尺反饋，雙向定位精度在微米級以內。由于快速進給達到40～60m/min以上，X、Y、Z軸的滾珠絲杠大多采用中心式冷卻，同主軸系統一樣，由經過制冷的循環油流過滾珠絲杠的中心，帶走熱量。
二、臥式五軸加工中心
1、臥式主軸擺動作為一個回轉軸，再加上工作臺的一個回轉軸，實現五軸聯動加工
這種設置方式簡便靈活，如需要主軸立、臥轉換，工作臺只需分度定位，即可簡單地配置為立、臥轉換的三軸加工中心。由主軸立、臥轉換配合工作臺分度，對工件實現五面體加工，制造成本降低，又非常實用。也可對工作臺設置數控軸，*小分度值0.001度，但不作聯動，成為立、臥轉換的四軸加工中心，適應不同加工要求，價格非常具有競爭力。
2、傳統的工作臺回轉軸，設置在床身上的工作臺A軸一般工作范圍+20度至-100度
工作臺的中間也設有一個回轉臺 B軸，B軸可雙向360度回轉。這種臥式五軸加工中心的聯動特性比第一種方式好，常用于加工大型葉輪的復雜曲面。回轉軸也可配置圓光柵尺反饋，分度精度達到幾秒，當然這種回轉軸結構比較復雜，價格也昂貴。
臥式加工中心的主軸轉速一般在10,000rpm以上，由于臥式設置的主軸在徑向有自重力，軸承高速空運轉時徑向受力不均等，加上還要采用較大的BT50刀柄，一般*高可達20,000rpm。臥式加工中心快速進給達到30～60m/min以上，主軸電機功率22-40KW以上，刀庫容量按需要可從40把增加到160把，加工能力遠遠超過一般立式加工中心，是重型機械加工的*。
