本发明公开了一种直连主轴冷却装置，包括基座、主轴、马达座和主轴头，所述马达座安装于基座的侧壁，主轴头设置于马达座的一侧，主轴设置于马达座的下端，所述主轴的外壁包覆有冷却框体，冷却框体的上端设置有端盖板；所述冷却框体的周向侧壁设置有多组冷却安装槽，其中一半冷却安装槽内设有第一冷却板，另一半冷却安装槽内设置有第二冷却板；第二冷却板内自上而下依次设置有制冷箱体、液氮冷却腔和冷却油制冷腔，制冷箱体内设有冷凝盘管。本发明克服了现有技术的不足，设计合理，能够多重冷却结构对主轴进行散热，以达到良好的冷却效果，延长主轴的使用寿命，同时方便安装和拆卸，具有较高的社会使用价值和应用前景。