本申请涉及一种小尺寸工件镀膜装置、真空镀膜机及其镀膜方法，所述镀膜装置包括：卧式安装的转筒以及沿所述转筒轴向设置的靶材；其中，转筒内侧面上设置有突出部，靶材在转筒内侧壁位置处产生电场；在镀膜过程中，转筒在驱动装置驱动下进行转动，通过突出部带动放置在转筒内的工件进行翻滚；靶材产生带电粒子，并通过电场作用使得带电粒子运动到翻滚中的工件表面上附着并均匀镀膜；该技术方案，减少了转筒对带电粒子的物理阻挡作用，避免了转筒外部电场对带电粒子屏蔽作用，保证带电粒子的能量，从而提高了膜层的附着力，提升了镀膜效率和镀膜效果；同时，粒子直接沉积到工件上，大大减少靶材的数量，提高靶材利用率和镀膜效率。