El chatter es una inestabilidad dinámica causada por la regeneración de ondulación en la superficie de la pieza de trabajo y daña la eficiencia del mecanizado y la calidad del producto. Para el fresado de cinco ejes, el análisis de estabilidad del chatter es más complicado porque el compromiso cortador-pieza de trabajo y la dirección de la fuerza de corte dinámica varían a lo largo de la trayectoria de la herramienta. Este artículo presenta un método de optimización de parámetros para evitar el chatter en el proceso de fresado de cinco ejes. El sistema de fresado dinámico se modela en cada segmento de la trayectoria de la herramienta, y la estabilidad se analiza introduciendo el método de semi-discretización para resolver la ecuación diferencial con retardo. Además, se presenta la solución multifrecuencia para la predicción de estabilidad del sistema de husillo-cortador de múltiples grados de libertad y del sistema de pieza de trabajo. Considerando las restricciones de velocidad y aceleración del sistema de husillo y del sistema de alimentación, se aplica el método iterativo de optimización de la velocidad del husillo basado en la predicción del chatter. Se lleva a cabo un experimento de verificación en el fresado de cinco ejes de la parte en forma de S para mostrar la precisión predictiva del modelo de chatter y la validez del método de optimización propuesto.