数控铣床的主轴为一中空轴，其前端为锥孔，与刀柄相配，在其内部和后端安装有刀具自动夹紧机构，用于刀具装夹。

       主轴在结构上要保证好良好冷却润滑，尤其是在高转速场合，通常采用循环式润滑系统。对于电主轴而言，往往设有温控系统，且主轴外表面有槽结构，以确保散热冷却。

       数控铣床按主轴位置一般可以分成以下几类：

       立式数控铣床主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床主轴轴线垂直于水平面，是数控铣床中常见的一种布局形式，应用范围广泛。从机床数控系统控制的坐标数量来看，目前2坐标数控立铣仍占大多数；一般可进行3坐标联动加工，但也有部分机床只能进行3个坐标中的任意两个坐标联动加工（常称为2.5坐标加工）。此外还有机床主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的其中一个或两个轴做数控摆角运动的4坐标和5坐标数控立铣。

       数控龙门铣床主轴可以在龙门架的横向与垂直导轨上运动，龙门架则沿床身做纵向动运动。大型数控铣床，要考虑到扩大行程、缩小占地面积等技术上的问题，往往采用龙门架移动式。

       卧式数控铣床与普通卧式铣床相同，其主轴轴线平行于水平面，主要用于加工箱体类零件。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现4、5坐标加工。这样，不但工件侧面上的连续回转轮廓可以加工出来，而且可以实现在一次安装中，通过转盘改变工位，进行“四面加工”。

       立卧两用数控铣床的主轴方向可以更换，能达到在一台机床上既可以进行立式加工，又可以进行卧式加工，同时具备上述两类机床的功能，其使用范围更广，功能更全，选择加工对象的余地更大，给用户带来不少方便。

       立卧两用数控铣床靠手动或自动两种方式更换主轴方向。有些立卧两用数控铣床采用主轴头可以任意方向转换的万能数控主轴头，使其可以加工出与水平面呈不同角度的工件表面，还可以在这类铣床的工作台上增设数控转盘，以实现对零件的“五面加工”。