本发明涉及一种航空发动机叶片超声滚压强化机器人加工系统及控制方法，该超声滚压强化机器人加工系统包括：机器人，其上固定有一超声滚压强化装置并带动该超声滚压强化装置移动；底座，其上安装有主轴转台和三维移动升降装置，所述主轴转台上设置有可旋转的叶片夹具，三维移动升降装置上则固定一柔性随动支撑头；控制系统，分别与所述机器人、主轴转台和三维移动升降装置电连接或通讯连接。本发明的航空发动机叶片超声滚压强化机器人加工系统及控制方法，采用机器人辅助夹持超声滚压装置，配合三维移动升降装置以及柔性随动支撑头，并通过对三者进行协同控制，实现航空发动机叶片的精确超声滚压强化。