本发明公开了一种多轴加工异型薄壁套筒的装夹装置及其加工方法，装夹装置包括底板、直边部件和斜面部件，直边部件：以工件毛坯任意直角边定位，厚度预留不少于5mm左右工艺台，用于夹具上气缸夹紧，设置辅助夹钳保证工件与夹具紧密接触后，才气动夹紧，辅助夹钳松开避让，加工零件正面；斜面部件：定位座斜面和工件斜面吻合，圆柱销定向，涨芯套自定心涨紧，加工零件反面。本发明装夹装置实现了简单、快速精准定位夹紧，解决变形问题，降低了对操作工人的技能水平要求；缩短了工艺流程，提高加工效率。