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數控雙頭車床的主軸是一個空心階梯軸。主軸的內孔用于經過長的棒料及卸下時穿過鋼棒，也可用于經過氣動、電動及液壓夾緊安裝的機構。主軸前端的錐孔為公制90mm，用于安裝套及前。有時也可安裝心軸，使用錐面配合的摩擦力直接帶動心軸和工件滾動。主軸后端的錐孔為工藝孔。
數控雙頭車床主軸安裝在三個支承上。前支承中有三個滾動軸承，前面是C級精度的3182124k型雙列圓柱滾子軸承，用于接受徑向力。這種軸承具有剛性好、精度高、尺寸小及承載才能大等優點：后支承采用一對7020ACTA/P5DBB型號的向心推力軸承。主軸支承對數控雙頭車床主軸的工作精度及剛度影響很大，數控雙頭車床主軸軸承應在無空隙（或少量過盈）條件下工作，直接影響機床的加工精度，因而主軸軸承的空隙須定期進行調整。前軸承空隙的調整方法如下：首先松開前端調整螺母上的鎖緊螺釘，然后擰緊調整螺母，這時3182124k型的內環就相對于主軸錐面向右移動，因為軸承的內環很薄，并且內孔也和主軸錐面一樣，具有1 12的錐度，因而，內環在軸向移動的同時作徑向彈性膨脹，以調整軸承徑向空隙或預緊的程度，調整妥當后，擰緊調整螺母的鎖緊螺釘。主軸的徑向跳動及釉向跳動允差都是0 0imrrJ。數控雙頭車床主軸的徑向跳動影響加工表面的圓度和同心度；軸向跳動影響加工端面的平面度及螺距精度。一般情況下，當主軸的跳動量超越答應值時，只需恰當調整前支承的空隙，就可使主軸跳動量詞整到答應值內；若徑向跳動仍達不到要求，應調整后軸承。
數控雙頭車床主軸前后支承的光滑，是由潤滑油泵供油，潤滑油經過進油孔對軸承進行充分的光滑，并帶走軸承工作所產生的熱量。為了防止旃油，在前后支承處采用了油溝式密封，即在前端螺母及后支承套筒的表面面上都有鋸齒截面的環形槽，數控雙頭車床主軸旋轉時，因為離心力的作用，油液就沿著斜面（朝箱內方向）被甩到法蘭盤的接油槽里，油液經回油孔流到箱底，然后再流回到左床腿內的油池中。
數控雙頭車床主軸上裝有三個鹵輪。右端的兩個齒輪不同時嚙合，當齒輪702(z=68)嚙合且齒輪703(z:50)脫離時，主軸處在低速擋；當兩個齒輪都脫離時，主軸為空擋；當齒輪703<。=50）嚙合且齒輪702(z=68)脫離，主軸處于高速擋。齒輪705(z=66)用于與編碼器軸齒輪傳動銜接。