En 4-axlig CNC-maskin är en utökning av den klassiska 3-axliga CNC-maskinen, med ytterligare en CNC-roterande axel eller en spindel på en portal längs Y-axeln. Detta möjliggör större flexibilitet vid sidan av enkel drift.
En CNC-fräsmaskin består i allmänhet av 3 axlar och kallas därför ofta för en 3-axlig maskin eller en 3D-maskin. Det finns 3 bearbetningsaxlar för spindeln: X, Y och Z (vertikal). CNC-fräsmaskiner med 4 axlar använder samma mekanismer och har ytterligare en axel.

Den fjärde axeln i en 4-axlig CNC-maskin är en rotationsaxel som består av en chuck och en huvuddocka med en cylindrisk spets. Chucken är ansluten till motorn, som ser till att produkten roterar tillsammans med CNC-svängbordet. Spindeldockan kan röra sig i utrymmet, vilket gör att du kan ställa in avståndet mellan komponenterna i mekanismen. Resultatet är ett system som snabbt och exakt kan positionera och bearbeta produkter i olika storlekar från alla sidor.

● Rörelser åt vänster och höger längs X-axeln
● Rörelser framåt och bakåt längs Y-axeln
● Rörelser uppåt och nedåt längs Z-axeln 
● Den stora extra fördelen med den rörliga rotationsaxeln jämfört med 3-axliga CNC-maskiner