Le métier de tourneur-fraiseur repose sur un socle de compétences techniques parmi les plus exigeants du secteur industriel. La lecture et l'interprétation des plans industriels (dessins de définition, plans d'ensemble, cotation fonctionnelle ISO) constituent le prérequis fondamental. Le professionnel doit maîtriser les procédés d'usinage par enlèvement de matière : tournage extérieur et intérieur (chariotage, dressage, alésage, filetage, tronçonnage), fraisage (surfaçage, rainurage, contournage, perçage, taraudage, alésage). La connaissance approfondie des matériaux usinés est essentielle : aciers (carbone, inoxydable, à outils), aluminiums, titane, laiton, plastiques techniques, chacun nécessitant des paramètres de coupe et des outils spécifiques.
La maîtrise de la commande numérique (CNC) est devenue incontournable dans l'industrie moderne. Le tourneur-fraiseur doit savoir programmer en langage ISO ou FANUC (codes G et M), utiliser des logiciels de FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur) comme Mastercam, TopSolid ou Esprit pour générer automatiquement les parcours d'outils, et réaliser les corrections d'outils et les ajustements de programme en cours de production. La métrologie constitue une compétence critique : utilisation experte du pied à coulisse (résolution 0,02 mm), du micromètre (résolution 0,001 mm), des comparateurs, des calibres, des jauges de profondeur et, pour les pièces les plus exigeantes, des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT). Le tourneur-fraiseur doit également connaître les traitements thermiques et de surface qui affectent l'usinabilité des pièces. En termes de qualités personnelles, la précision et la minutie sont primordiales quand les tolérances se comptent en centièmes de millimètre. La concentration, la patience et le souci permanent de la qualité caractérisent les meilleurs professionnels. La capacité à résoudre des problèmes techniques (vibrations, usure d'outils, déformations thermiques) est quotidiennement sollicitée.