一种圆周阵列曲面结构同步加工装置，它是由主轴加工单元、径向运动单元、工作台运动单元、双层主轴加工单元和龙门式圆周阵列曲面结构同步加工装置五部分组成；该主轴加工单元安装在径向运动单元的底座上并通过螺栓固定，用于对工件叶轮的叶片曲面进行加工，它沿圆周方向安装多个，每两个主轴加工单元之间圆心角角度为叶片夹角的整数倍；该径向运动单元用于控制安装其上的主轴加工单元沿径向运动，该工作台运动单元安装在径向运动单元的底座上，用于实现叶片的旋转及上下运动；叶片的三个运动在数控系统的控制下，共同实现叶片曲面加工；该双层主轴加工单元用于替换主轴加工单元安装在底座上，能同时加工两层叶轮，提高了此类复杂零件加工效率。