本发明公开了一种大型水轮机顶盖在位机器人减材加工方法及系统，包括以下步骤：S1：通过模态锤击实验获得机器人加工刀具端频响数据；S2：通过模态分析软件获取模态参数；S3：通过有阻尼系统的自由振动方程求得阻尼[C]和刚度[K]矩阵；S4：建立三自由度机器人加工系统动力学模型；S5：通过标定实验得到刀具铣削力系数；S6：求解动力学方程；S7：绘制铣削加工机器人颤振稳定性lobe图；S8：根据颤振稳定性lobe图得到稳定加工工艺参数。通过颤振稳定性lobe图来确定无颤振稳定铣削加工工艺参数，使铣削加工在无颤振工况下稳定的铣削加工，保证了加工质量和刀具的耐久性，实现对水轮发电机组大型顶盖的在位高效率铣削减材加工。