Komponen berputar utama dari mesin penggilingan yang mentransfer daya ke alat pemotong disebut spindel penggilingan. Penggilingan adalah proses pemesinan di mana benda kerja dipindahkan relatif terhadap pahat yang berputar dengan ujung tombak untuk menghilangkan material. Saat spindel frais memutar pahat, benda kerja dimasukkan ke dalamnya dari berbagai arah untuk membentuk bentuk yang diinginkan.
Alat potong umumnya memiliki bagian yang lurus atau runcing pada salah satu ujungnya sedangkan mata potong berada pada ujung alat yang lain. Ujung yang berlawanan dengan ujung pemotongan dipasang pada spindel mesin penggilingan untuk menyejajarkan dan menopang pahat serta untuk menyediakan tenaga dan putaran. Berbagai adaptor spindel, collet, dan perkakas lainnya tersedia untuk memasang pahat di spindel penggilingan.
Spindel frais dapat diposisikan secara horizontal atau vertikal, tergantung pada gilingan tertentu yang digunakan. Pada mesin vertikal, spindel dipasang sejajar dengan kolom pendukung penggilingan di kepala geser yang dapat bergerak ke atas dan ke bawah. Banyak penggilingan vertikal modern memiliki kepala yang dapat diputar untuk memposisikan spindel penggilingan untuk memotong pada suatu sudut.
Spindel penggilingan dalam mesin horizontal biasanya dalam posisi tetap dengan motornya ditempatkan di kolom penggilingan. Untuk mesin horizontal, spindel biasanya tidak dapat diorientasikan ulang karena beberapa mesin vertikal memungkinkan. Namun, mesin horizontal mungkin memiliki meja yang dapat diputar untuk mengubah sudut spindel relatif terhadap benda kerja. Pada beberapa mesin, attachment spindel vertikal dapat digunakan untuk mengubah mill horizontal menjadi konfigurasi vertikal.
Kecepatan spindel penggilingan harus diatur dengan tepat untuk pengoperasian mesin yang aman dan untuk menghindari kerusakan pada pahat atau benda kerja. Pabrikan pabrik dapat memberikan nilai yang direkomendasikan, atau nilai tersebut dapat dihitung untuk alat tertentu yang digunakan dan material yang sedang dikerjakan. Kecepatan umumnya diatur menggunakan dial atau engkol tangan pada mesin. Mesin modern memungkinkan penyesuaian terus-menerus melalui berbagai kecepatan sementara model lama mungkin memiliki sejumlah pengaturan khusus yang terbatas.
Mesin penggilingan mungkin mengalami getaran yang berlebihan, yang disebut obrolan, dalam kondisi tertentu. Obrolan dapat membuat pemesinan presisi menjadi sulit atau tidak mungkin serta merusak alat yang digunakan. Penyebab umum dari chatter adalah ketika kecepatan spindel diatur terlalu tinggi. Saat menurunkan kecepatan tidak memperbaiki kondisi, masalahnya mungkin karena perkakas yang tidak seimbang, perlengkapan yang longgar, atau masalah lainnya.
Penggilingan sederhana mungkin hanya memiliki satu spindel penggilingan sementara mesin yang lebih kompleks dapat menggabungkan beberapa spindel. Lebih dari satu spindel memungkinkan pemotongan dalam dua atau tiga dimensi tanpa memposisikan ulang benda kerja. Komputer modern yang dikontrol numerik (CNC) mesin yang digunakan dalam operasi penggilingan yang kompleks sering kali menggabungkan tiga atau lebih spindel penggilingan untuk manufaktur yang lebih cepat dan peningkatan throughput.