本发明公开了一种薄壁圆筒件加工装置，包括外壳、加工模组、转动件和导向盘。加工模组包括壳体、加工头和加工头驱动结构。加工头驱动结构驱动加工头旋转，加工头用于加工薄壁圆筒件，加工头和加工头驱动结构均安装于壳体上。转动件转动安装于外壳上，转动件上设有沿自身径向延伸的避让滑槽。避让滑槽与壳体滑动配合，以在驱动壳体绕转动件的旋转轴线旋转的同时，避让壳体沿转动件径向的运动。导向盘固定于外壳上，导向盘上设有轨迹滑槽。轨迹滑槽与壳体滑动配合，以引导壳体的运动轨迹。壳体在沿轨迹滑槽滑动时，能够逐渐靠近或远离转动件的旋转轴线。相比于现有技术，本发明能够减小薄壁圆筒件被加工时的形变量，从而提高加工精度。