数控双头车床的主轴是一个空心阶梯轴。主轴的内孔用于经过长的棒料及卸下时穿过钢棒，也可用于经过气动、电动及液压夹紧安装的机构。主轴前端的锥孔为公制90mm，用于安装套及前。有时也可安装心轴，使用锥面配合的摩擦力直接带动心轴和工件滚动。主轴后端的锥孔为工艺孔。
数控双头车床主轴安装在三个支承上。前支承中有三个滚动轴承，前面是C级精度的3182124k型双列圆柱滚子轴承，用于接受径向力。这种轴承具有刚性好、精度高、尺寸小及承载才能大等优点：后支承采用一对7020ACTA/P5DBB型号的向心推力轴承。主轴支承对数控双头车床主轴的工作精度及刚度影响很大，数控双头车床主轴轴承应在无空隙（或少量过盈）条件下工作，直接影响机床的加工精度，因而主轴轴承的空隙须定期进行调整。前轴承空隙的调整方法如下：首先松开前端调整螺母上的锁紧螺钉，然后拧紧调整螺母，这时3182124k型的内环就相对于主轴锥面向右移动，因为轴承的内环很薄，并且内孔也和主轴锥面一样，具有1 12的锥度，因而，内环在轴向移动的同时作径向弹性膨胀，以调整轴承径向空隙或预紧的程度，调整妥当后，拧紧调整螺母的锁紧螺钉。主轴的径向跳动及釉向跳动允差都是0 0imrrJ。数控双头车床主轴的径向跳动影响加工表面的圆度和同心度；轴向跳动影响加工端面的平面度及螺距精度。一般情况下，当主轴的跳动量超越答应值时，只需恰当调整前支承的空隙，就可使主轴跳动量词整到答应值内；若径向跳动仍达不到要求，应调整后轴承。
数控双头车床主轴前后支承的光滑，是由润滑油泵供油，润滑油经过进油孔对轴承进行充分的光滑，并带走轴承工作所产生的热量。为了防止旃油，在前后支承处采用了油沟式密封，即在前端螺母及后支承套筒的表面面上都有锯齿截面的环形槽，数控双头车床主轴旋转时，因为离心力的作用，油液就沿着斜面（朝箱内方向）被甩到法兰盘的接油槽里，油液经回油孔流到箱底，然后再流回到左床腿内的油池中。
数控双头车床主轴上装有三个卤轮。右端的两个齿轮不同时啮合，当齿轮702(z=68)啮合且齿轮703(z:50)脱离时，主轴处在低速挡；当两个齿轮都脱离时，主轴为空挡；当齿轮703<。=50）啮合且齿轮702(z=68)脱离，主轴处于高速挡。齿轮705(z=66)用于与编码器轴齿轮传动衔接。