具有五軸功能的數控機床可以以多種姿態實現工件與刀具間的相對運動，壹方面可以保持刀具更好的加工姿 態，避免刀具中心極低的切削速度，也可以避免刀具和工件、卡具間的幹涉，實現有限行程內更大加工範圍。 五軸功能也是衡量數控系統能力的重要指標。 對於具有轉臺結構的五軸機床，工件與回轉工作臺固結，即工件坐標系（WCS）與回轉工作臺固結。當工作臺旋轉後，工件坐標系（WCS）必須相應的旋轉。此後工件坐標系的X,Y,Z與原機床坐標系(MCS)XYZ方向不再壹致，五軸插補算法需要隨時自動完成工件坐標系的旋轉，保證正確的刀具運行軌跡，如下圖所示。
由於工件坐標系隨轉臺壹起旋轉，數控系統在手動操作模式下給用戶提供了選擇機床坐標系MCS還是工件坐標系WCS的機會。如果用戶選擇了WCS下的手動操作，而且WCS已經旋轉，則手動操作將按照旋轉後的坐標軸方向運動，以C軸轉臺為例：如果C軸已由初始的0度，CCW旋轉45度後，用戶選擇WCS下手動X軸，數控機床的會XY軸聯動，走X-Y平面45度斜線，如圖1所示。上述行為對於工件的尋邊和手動定位加工很方便，不需要顧及轉臺轉了多少度，只要依據圖紙上工件坐標系所示的方向操作即可。在自動加工模式下，所有的G92,G54-G59,G52都是在WCS下設定的，都會跟隨WCS旋轉而旋轉。
自動加工中值得註意：如果用戶在工件坐標系下編程，推刀前建議用戶使用G53回到MCS下，再按照MCS坐標系執行退刀動作；否則就要想清楚當前WCS與MCS的角度關系，例如：C軸為0度時與180度時WCS坐標系正好方向相反，進刀起始位置C為0度，XY為WCS絕對值正值的話，退刀位置時C為180度，再向回到起始點就要回到WCS絕對值負值了。如圖所示。
對於具有擺頭結構的機床而言，五軸數控系統在機床坐標系MCS中只關註控制點（擺頭回轉中心）的坐標， 而在工件坐標系WCS中五軸數控系統控制刀尖點坐標，如圖所示。結合WCS隨轉臺旋轉，數控系統這樣控制行為使WCS下始終正確地反映刀具與工件間的相對位置關系，用戶可以安心對照工件圖紙，考慮WCS下工件編程即可，無須考慮機床結構。
五軸加工中，不論是刀具旋轉還是轉臺轉動，都使刀尖點產生了XYZ的附加運動。五軸數控系統可以自動對這些轉動和擺動產生的工件與刀尖點間產生的位移進行補償，稱之為RTCP（圍繞刀尖點旋轉）控制功能。例如，大連光洋的GNC61采用G203起動該功能；在西門子840D中，使用TRAORI開啟RTCP；海德漢TNC530中，使用M128開啟RTCP。這樣用戶可以在五軸機床上，如同3坐標壹樣的編程，可以適時加入調整刀具與工件間姿態調整的旋轉指令，而不需要考慮這些旋轉指令帶來的附加運動。
五軸編程中，推薦采用刀具相對於工件坐標系（WCS）的姿態矢量來表達工件與刀具的姿態關系。這樣處理的結果是用戶不必考慮五軸機床的具體類型和結構，相同的工件程序可以在不同類型的五軸機床上加工，所有與機床結構相關的坐標處理完全由五軸數控系統自動完成。
例如，840D采用（A3，B3，C3）來表達刀具矢量；大連光洋的GNC61采用（VX，VY，VZ）表示刀具在WCS下刀尖點指向控制點的姿態，對（VX，VY，VZ）向量長度無特殊要求。 據統計，世界範圍內，五軸機床真正用於五軸聯動加工僅占5%，如葉輪、葉片、航空結構件等特殊零件；73% 用於五軸定向加工，如V型發動機缸體、模具制造等；五面體加工占22%[1]，例如機床上的箱體結構零件。
840D中采用Frames的概念，描述空間斜面和坐標系。
TNC530中采用PLANE功能定義加工作業斜面。例如：采用空間角定義斜面：
N50 plane spatial spa+27 spb+0 spc+45 ... 空間角A：旋轉角SPA是圍繞機床固定X軸旋轉；空間角B：旋轉角SPB是圍繞機床固定Y軸旋轉；空間角C：旋轉角SPC是圍繞機床固定Z軸旋轉。除了空間角定義外，TNC530還支持投影角、歐拉角、三點等多種空間斜面定義。
GNC61在工件坐標系WCS下，設有G92坐標系，該坐標系負責對其上的用戶定義的坐標系整體偏移， 可以用來表達卡具的基準。在G92坐標系內，用戶可以定義G54, G55, G56, G57, G58, G59坐標系，可以用來表達同壹卡具基準下的多個工件各自的坐標系。GNC61設計了程序局部坐標系G52，該坐標系位於G54-G59下，可以任意旋轉傾斜。在設定的加工程序中有效，壹旦新加載程序，G52會自動清0。GNC61支持用戶在程序中直接定義G52（空間角）來指定壹個傾斜的坐標系。此外GNC61還提供其他傾斜的坐標系定義的內建函數，包括：SG52_EULER，通過歐拉角的方式來指定G52旋轉坐標系；；SG52_2VEC，通過使用兩個矢量來定義加工面；SG52_3PT，通過三點的方式來指定G52旋轉坐標系。
此外在定義斜面的基礎上，五軸數控系 統還需要支持刀具自動定向到垂直於斜面的姿態。海德漢的TNC530有3種處理方式MOVE、TRUN、STAY。其MOVE模式在開啟RTCP的情況下，實現刀具自動定向，即保持刀尖點不動；TRUN模式下刀具自動定向，但不開啟RTCP，即刀具只擺動，不進行RTCP補償運動；STAY則表示不產生任何運動，但相應的所需的運動量被系統變量保存。大連光洋GNC61在自動加工模式下，GNC61支持兩種自動刀具定向指令：G200刀具自動垂直斜面非RTCP；G201 刀具自動垂直斜面帶RTCP。
通常在默認狀態下所謂五軸數控系統采用五軸直線插補，即將ABC增量等同直線增量進行插補。不論是否開啟RTCP五軸直線插補在都沒有直接約束刀具的側刃，可能造成側刃形成的零件尺寸和形貌不符合要求。為此，數控廠商往往還支持其他約束側刃的特殊的五軸插補。
5.1平面刀矢插補
在沖裁模具中，存在大量側壁保持平面的要求；航 空薄壁結構件也存在大量側壁傾斜要求的型腔銑削加工；焊接零件焊接坡口也有銑傾斜面的要求。840D提供ORIVECT，以及GNC61的G213都是上述功能。通常該功能自動啟動RTCP。
5.2雙樣條約束插補
即指定刀尖點的樣條曲線，再另壹條約束刀具的樣條曲線，數控系統將完成兩樣條曲線約束的直紋面的插補。840D提供ORICURVE，以及GNC61提供的G6.3X都實現上述功能。
5.3圓錐插補
指定刀具矢量沿特定圓錐表面運行。該插補功能適合加工圓錐及空間斜面間圓錐過渡曲面。840D提供的ORICONCW\ORICONCCW\ORICONIO\ORICONTO即完成上述功能。
空間刀具半徑補償
對於五軸加工，RTCP起到了刀具長度補償的作用。而五軸的刀具半徑的補償可以在不修改五軸加工程序中工件表面坐標點的情況下，調整各種類型的刀具，均能保證工件表面形狀的正確。在FANUC最高級的30i系列數控系統和西門子高端的840D系統都支持上述功能。
五軸速度平滑
在五軸加工中，由於開啟RTCP，以及各種特殊的五 軸算法，例如平面矢量插補、雙樣條約束插補等，都可能造成各直線進給軸速度的波動，這些波動有時會造成機床振動，影響零件表面加工質量，超過機床允許範圍。為此五軸數控系統需要對各軸速度進行平滑調整。目前FANUC最高級的30i系列數控系統和西門子高端的840D系統都支持上述功能。