ワークが1つの位置に固定されている、最も単純な加工方法です。主軸はX、Y、Zの直線方向で上に移動可能です。

3軸加工機は、一般的に2Dおよび2.5D幾何学図形の加工に使用されます。3軸加工機では、部品の6面すべてを加工することができますが、1面ごとに新たな治具のセットアップが必要となり、コストがかかってしまいます。単一の治工具のセットアップに対して、部品の片側のみを加工することができます。

特に世界トップクラスのCNC加工設備では、多くの複雑で実用的な形状を3軸CNCフライス加工で製造することができる。3軸加工機は、軸合わせされた平面な切削型材の製造、ドリル加工、ネジ穴加工に最も適しています。Tスロットやアリ溝カッターを使用して、アンダーカットの特徴を実現することができます。

しかし、3軸加工機では物理的に製造できない形状を設計する場合や、4軸加工機や5軸加工機の方が経済的に適した形状を設計する場合があります。
しかし、設計された特徴が物理的に3軸機では製造できない場合や、あるいはこの特徴は、4軸加工機や5軸加工機の方が経済的に適している場合もあります。

3軸加工における不可能な特徴とは、X-Y-Z座標系に対して角度を持った特徴のことである、たとえ、特徴そのものが平面なものであっても。設計可能な角度の特徴は2種類あり、CNCフライス加工用の部品を設計する際には、その違い点を理解することが重要である。