加工中心適宜於加工複雜、工序多、要求較高、需用多種類型的普通機床和眾多刀具夾具，且經多次裝夾和調整才能完成加工的零件。其加工的主要對象有箱體類零件、複雜曲面、異形件、盤套板類零件和特殊加工等五類。
(1)箱體類零件
箱體類零件一般是指具有一個以上孔系，內部有型腔，在長、寬、高方向有一定比例的零件。這類零件在機床、汽車、飛機製造等行業用的較多。箱體類零件一般都需要進行多工位孔系及平面加工，公差要求較高，特別是形位公差要求較為嚴格，通常要經過銑、鑽、擴、鏜、鉸、鍃，攻絲等工序，需要刀具較多，在普通機床上加工難度大，工裝套數多，費用高，加工周期長，需多次裝夾、找正，手工測量次數多，加工時必須頻繁地更換刀具，工藝難以制定，更重要的是精度難以保證。
加工箱體類零件的加工中心，當加工工位較多，需工作台多次旋轉角度才能完成的零件，一般選卧式鏜銑類加工中心。當加工的工位較少，且跨距不大時，可選立式加工中心，從一端進行加工。
(2)複雜曲面
複雜曲面在機械製造業，特別是航天航空工業中佔有特殊重要的地位。複雜曲面採用普通機加工方法是難以甚至無法完成的。在我國，傳統的方法是採用精密鑄造，可想而知其精度是低的。複雜曲面類零件如：各種葉輪，導風輪，球面，各種曲面成形模具，螺旋槳以及水下航行器的推進器，以及一些其它形狀的自由曲面。這類零件均可用加工中心進行加工。比較典型的下面幾種：
①凸輪、凸輪機構
作為機械式信息貯存與傳遞的基本元件，被廣泛地應用於各種自動機械中，這類零件有各種曲線的盤形凸輪，圓柱凸輪、圓錐凸輪、桶形凸輪、端面凸輪等。加工這類零件可根據凸輪的複雜程度選用三軸、四軸聯動或選用五軸聯動的加工中心。
②整體葉輪類
這類零件常見於航空發動機的壓氣機，制氧設備的膨脹機，單螺桿空氣壓縮機等，對於這樣的型面，可採用四軸以上聯動的加工中心才能完成。
③模具類
如注塑模具、橡膠模具、真空成形吸塑模具、電冰箱發泡模具、壓力鑄造模具，精密鑄造模具等。採用加工中心加工模具，由於工序高度集中，動模、靜模等關鍵件的精加工基本上是在一次安裝中完成全部機加工內容，可減少尺寸累計誤差，減少修配工作量。同時，模具的可複製性強，互換性好。機械加工殘留給鉗工的工作量少，凡刀具可及之處，儘可能由機械加工完成，這樣使模具鉗工的工作量主要在於拋光。
④球面
可採用加工中心銑削。三軸銑削只能用球頭銑刀作逼近加工，效率較低，五軸銑削可採用端銑刀作包絡面來逼近球面。複雜曲面用加工中心加工時，編程工作量較大，大多數要有自動編程技術。
(3)異形件
異形件是外形不規則的零件，大都需要點、線、面多工位混合加工。異形件的剛性一般較差，夾壓變形難以控制，加工精度也難以保證，甚至某些零件的有的加工部位用普通機床難以完成。用加工中心加工時應採用合理的工藝措施，一次或二次裝夾，利用加工中心多工位點、線、面混合加工的特點，完成多道工序或全部的工序內容。
(4)盤、套、板類零件
帶有鍵槽，或徑向孔，或端面有分佈的孔系，曲面的盤套或軸類零件，如帶法蘭的軸套，帶鍵槽或方頭的軸類零件等，還有具有較多孔加工的板類零件，如各種電機蓋等。端面有分佈孔系、曲面的盤類零件宜選擇立式加工中心，有徑向孔的可選卧式加工中心。
(5)特殊加工
在熟練掌握了加工中心的功能之後，配合一定的工裝和專用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工藝工作，如在金屬表面上刻字、刻線、刻圖案；在加工中心的主軸上裝上高頻電火花電源，可對金屬表面進行線掃描表面淬火；用加工中心裝上高速磨頭，可實現小模數漸開線圓錐齒輪磨削及各種曲線、曲面的磨削等。
