本实用新型提供一种双真空室离子束加工系统，属于离子束加工技术领域，包括相互连通的离子源真空室和工件真空室，所述工件真空室内设有：工件翻移组件，吊装在工件真空室内，用于固定待加工工件，并带动待加工工件在工件真空室内移动、翻转。所述工件翻移组件包括：工件卡盘；工件翻转车，与所述工件卡盘连接以带动工件卡盘翻转；直线模组，用于固定所述工件翻转车，以使工件翻转车移动。本实用新型上料时只需将工件固定在该工件真空室的工件翻移组件上，通过工件翻移组件带动工件在工件真空室内移动，无需将工件输送至离子源真空室内，上料简单；通过工件翻移组件带动工件翻转，安装拆卸方便，提高了工作效率，降低了工作强度。