五軸臥式加工中心所采用的機床通常稱為五軸機床或五軸加工中心。五軸加工常用于航天領域，加工具有自由曲面的機體零部件、渦輪機零部件和葉輪等。在描述數控機床的運動時，采用右手直角坐標系；其中平行于主軸的坐標軸定義為z軸，繞x、y、z軸的旋轉坐標分別為A、B、C。通常五軸聯動是指x、y、z、A、B、C中任意5個坐標的線性插補運動。
五軸臥式加工中心的回轉軸結構有兩種方式：
一種是通過主軸頭的回轉實現五軸聯動。主軸前端是一個回轉頭，能自行環繞Z軸360度，即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，航空、船舶等領域的大型零部件都適合在這類加工中心上加工。
這種結構的加工中心在高精度模具曲面加工領域的應用非常多，這是工作臺回轉式五軸加工中心難以做到的。
另一種是通過工作臺回轉實現五軸聯動。機床床身上的工作臺可以環繞X軸回轉（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，可以環繞Z軸回轉（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軸如與XYZ三直線軸實現聯動，就可加工出復雜的空間曲面。
這種結構的加工中心主軸的結構比較簡單、主軸剛性非常好、制造成本比較低，但一般工作臺不能太大、承重也較小。
