本发明提供了一种高精度小型化双轴旋转双向锁紧定位装置，包括基座、外框转系、内框转系和双向锁紧升降机构；外框转系包括旋转模块Ⅰ、监测模块Ⅰ和外轴转框；内框转系包括旋转模块Ⅱ、监测模块Ⅱ、内框夹持板Ⅰ、内框夹持板Ⅱ、磁屏蔽模块和内框转轴；双向锁紧升降机构包括定位锁紧升降机构、辅助锁紧升降机构、定分度齿盘和定锁紧螺母。外框转系、内框转系实现旋转功能，双向锁紧升降机构实现定位锁紧功能；采用集成化模块设计，整体体积小、装配维修方便，可在免拆卸情况下实现待锁紧组件自标定、自对准、自检测等功能，且零部组件的选型加工保证了该装置具有优秀的锁紧力学环境，高精度的测角精度及定位锁紧重复性，高可靠性和长使用寿命。