Para revelar completamente el potencial de mecanizado de una unidad de mecanizado cinemática híbrida de cinco ejes (HKMU) recién desarrollada, se propone un enfoque de toma de decisiones en equilibrio para los parámetros de corte. Con esta propuesta, se desarrolla un modelo sustituto basado en el método de superficie de respuesta para describir las relaciones de mapeo entre tres objetivos de diseño y cinco parámetros de corte. Además, se establece un modelo de optimización multiobjetivo para encontrar soluciones de Pareto factibles para los parámetros de corte. Basado en esto, se adoptan la técnica de preferencia por orden de similitud a la solución ideal (TOPSIS) y las preferencias de decisión de ingeniería para tomar la decisión final sobre los parámetros de corte. Para ilustrar la aplicación del enfoque propuesto, se lleva a cabo un estudio de caso sobre el fresado de cara de una HKMU ejemplar. Las decisiones de equilibrio de tres esquemas de mecanizado personalizados conducen a una reducción del tiempo de mecanizado, la fuerza de corte y la rugosidad de la superficie en un 44%, 43% y 9%, respectivamente. Este resultado apoya que el enfoque de toma de decisiones en equilibrio propuesto es capaz de encontrar las mejores soluciones comprometidas para los parámetros de corte de la HKMU. Se espera que, con modificaciones menores, el enfoque propuesto pueda aplicarse a otros dispositivos de mecanizado multi-ejes para encontrar soluciones de parámetros de corte precisas y eficientes.