采用主轴头双回转运动的5轴联动数控机床与相反，所有回转进给运动由主轴实现，工件固定或只做直线运动。主轴头双回转式机床不存在工件旋转半径和转台荷载限制，因此常用于加工大体积、大重量工件的机床。
从构造来看，主轴头有摆叉式和直角回转式两种，上图公司出品的这两种主轴头的外形，图左是摆叉式主轴头，图右是直角回转式主轴头。
由于主轴头要避免和工件干涉，体积有一定限制，另一方面主轴头内部要布置多个电机，加上刀具夹紧装置、供电、冷却、润滑和位置检测等管线，空间非常紧张，难以配置大功率的驱动部件，因此一直以来主轴头双回转式机床的切削功率、空间定向速度、精度都比双转台回转式机床为低，如何在体积限制下提高空间定向速度和功率，成为主轴头回转式机床的重要创新课题。
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