數控工具機採用數位化信號通過伺服機構對工具機運動及其加工過程進行控制，從而使工具機自動完成零件加工。
數控工具機的可控坐標軸及坐標系是用程式編制的文字地址語言描述運動軌跡的基礎，標準的坐標系是右手直角坐標系，姆指為X軸，食指為Y軸，中指為Z軸，指尖指向各坐標軸的正方向，即增大刀具和工件距離的方向。
如果在X、Y、Z軸之外還有平行於它們的直線運動，分別指定為U、V、W軸，如還有第三組運動，則指定為P、Q、R。若有旋轉軸時，規定繞X、Y、Z軸的旋轉軸分別為A、B、C軸，其方向為右旋螺紋方向。例如：數控刨台式銑鏜床，鏜軸橫向移動定義為Z軸，立柱在Z方向上的移動即定義為W軸，主軸箱上下移動定義為Y軸，圍繞Y軸的旋轉工作檯定義為B軸，工作檯左右移動定義為X軸。
直線坐標軸X、Y、Z的判定順序是：先Z軸，再X軸，最後按右手定則判定Y軸。Z坐標軸的運動由傳遞切削力的主軸決定，X坐標軸的運動是水平的，它平行於工件裝夾面，Y坐標軸根據X、Z坐標軸，按照右手直角坐標系確定。
根據加工要求不同，數控工具機可以實現不同的配置，例如：三軸二聯動、三軸三聯動、四軸三聯動、五軸四聯動、六軸五聯動、七軸五聯動、九軸五聯動等。三軸、四軸等是指可控制的運動坐標軸數，聯動是指可以按特定的函式關係同時控制的運動坐標軸數，從而實現刀具相對工件的位置和速度控制。一般情況下，通過五軸聯動方式即可實現連續軌跡控制，用於加工複雜的空間曲面。
五軸聯動數控工具機一般控制三個直線坐標軸和兩個旋轉坐標軸同時運動，使刀具和工件能夠按照規定的運動軌跡進行切削加工，適合於加工葉片、螺旋槳、機翼等複雜型面的零件。兩個旋轉坐標軸可以是轉台的迴轉及刀具的擺動，也可以是控制平轉台和立轉台的聯動，或控制刀具作兩個方向的擺動。
