Spiga,
Me metendo onde não fui chamado, me arrisco a deixar um comentário que acho pertinente.
Não que não tenha entendido o que quer - está bem clara sua intenção!
O que gostaria de dizer é que é possível fazer tudo isso que deseja numa máquina simples de 3 eixos, mas veja:
entenda por simples a forma de resolver o problema, e não a máquina própriamente dita.
Até dá para fazer uma máquina de 5 eixos, mas entenda que o que é complicado não é só a parte mecânica, mas também o programa e o mais importante - a forma de resolver tal problema!
Usando as imagens acima como exemplo, eu diria que existem algumas maneiras de resolver o problema com geometrias diferentes de máquina.
Por exemplo, poderia ser feito com um cabeçote articulado, capaz de ser indexado em duas direções diferentes da vertical - uma em direção a "X" e outra em direção a "Y" e a mesa só se deslocaria em "X" e "Y" por exemplo.
Outra alternativa seria uma máquina que além de ser capaz de mover a mesa nas direções normais de "X" e "Y", seria capaz de girar e indexar um dos eixos, e a morsa (ou sistema de fixação da peça) capaz de ser indexado em outro eixo...
Apesar da exposição dos exemplo serem extremamente pobres em detalhes (pois há muito mais possibilidades de indexação de eixos, umas mais outras menos convenientes), acredito que tenha percebido que a geometria da máquina quando alterada drásticamente, consequentemente influencia na forma de encarar o desafio - desafio este justamente na forma de resolver a programação da usinagem cnc, porque não há um pacote pronto e mastigado para todas as alternativas mecanicas...
Então no final das contas, acredito que perceberá que demorará um bocado para interferir na programação de forma a controlar e executar perfeitamente o que quer - claro, nada impossível...
A sugestão aqui seria a de adotar formas diferentes de fixação da peça, indexando-a manualmente e executando cada face com um programa diferente...
Esta idéia é basicamente a mesma coisa que se programar uma máquina com 5 eixos, só que é feita de forma bem menos dolorída e pedalativa...
No final de tudo isso quero deixar bem claro que só comentei isso observando a facilidade em executar o trabalho.
É claro que acho muito válido fazer uma máquina de 5 eixos para por exemplo testar um conceito, ou para uma demonstração, isso sem falar no próprio aprendizado e satisfação na realização de um mecanismo sofisticado...
Se gosta de desafios, este é um prato cheio...