本实用新型涉及大型薄壁零件加工技术领域，特别涉及一种大型曲面薄壁件机器人铣削加工系统。系统具有柔性工装单元、机器人铣削单元、跟踪测量单元、安全防护单元及控制单元；所述机器人铣削单元安装在固定于地面的柔性工装单元一侧，所述跟踪测量单元安装在机器人铣削单元旁，所述安全防护单元将柔性工装单元、机器人铣削单元、跟踪测量单元包围在内，所述控制单元固定在安全防护单元外。本实用新型通过对薄壁零件的自适应装夹以及对机器人铣削加工过程中末端铣削主轴的姿态进行跟踪和监控，提高工件装夹效率和机器人加工精度，安全防护单元主要是实现人机分离，保证人员和设备的安全。