随着现代制造技术的发展，大飞机、高铁、核设施等大型设备相继出现。这些设备有高速重载长时间运行的特点，零部件工作环境恶劣复杂，但又往往对安全有着极端的要求，这对关键部件，如轴承、曲轴、传动轴的疲劳寿命和可靠性的要求愈来愈高，他们的疲劳寿命预测和分析成为学术界研究重点。研究的结果表明工件的疲劳寿命和加工表面的残余应力状态有重要的关系，残余压应力能抑制工件疲劳破坏，延长疲劳寿命，残余拉应力则相反，会加速疲劳破坏的出现。因此对工件已加工表面的残余应力的了解和控制，使零件已加工表面呈现稳定而较大的压应力状态，就成了加工出高质量和高可靠性零件的关键。但目前对残余应力的产生集中在定性范围，没有对残余应力定量控制进行系统研究，对加工过程中获得残余压应力缺乏现实方法。本文通过热力耦合理论分析、切削实验和有限元模拟与试验研究相结合的方法，对加工表面残余应力的分布以及控制残余应力的相关工艺进行了研究，对提高金属零件的疲劳强度有着重要的意义。全文总结了残余应力和切削残余应力的国内外研究状况，提出来利用预应力切削方法对加工表面残余应力进行控制，本文主要展开了以下几个方面的的研究内容：（1）在预应力切削原理的基础上,设计了一种用于车削加工的预应力加载装置，以解决对工件施加较大预应力同时进行车削的难题。通过40Cr合金试样的车削实验验证加载装置可行性，同时了解预应力硬态切削在试样加工表面残余压应力和其他加工表面质量的状况，并对预应力导致工件的变形和切削加工中的补偿进行了初步探讨。（2）对预应力切削的已加工表面残余应力状态进行热力耦合分析，对热效应和机械效应怎么影响到加工残余应力的具体分布进行探讨，然后通过大钝圆刀具切削实验和切削液以及液氮切削实验论证了结论的正确性。（3）在建立了预应力切削的有限元模拟模型的基础上，利用预应力切削的有限元软件进行正交模拟，了解预应力和切削参数对残余应力影响的显著性；在此基础上通过一元线性回归分析，推导了一个以预应力和切削参数为变量的加工表面残余应力预测公式；最后通过实验论证有限元模拟和预测公式的可靠性。（4）通过45钢的车削实验，采用数理统计方法对其加工表面残余应力的离散性进行研究。在此基础上进一步提出和讨论了残余应力公差概念，作为技术参数来指导工件的加工和检测，并讨论了该概念的可行性。