镍基高温合金具有强度高、耐热、耐腐蚀等优异性能，日益成为航空航天领域的重要材料，然而其材料的切削加工性差，且加工完后其表面分布显著的残余拉应力，而残余拉应力容易引起零件尺寸稳定性降低、疲劳寿命缩短以及表面质量差等缺陷。因此，通常需要在切削加工后引入额外的工序来消除残余拉应力或使残余拉应力转变为残余压应力。本文针对镍基高温合金加工表面分布显著的残余拉应力问题，提出采用预应力切削方法，在加工过程中对表面残余应力分布状态进行主动控制；结合轴类零件的预应力切削特点，设计了一套适合轴类零件车削的预应力夹具；并基于金属切削理论和有限元数值模拟，对镍基高温合金轴类零件的预应力切削过程进行了模拟；通过有限元模拟和实验研究，深入探讨了预应力切削镍基高温合金的切削力、已加工表面残余应力、表面完整性和切屑形态，对镍基高温合金的预应力切削工艺参数进行了优化，本文的研究对推动高温合金高效加工技术的发展具有重要意义。全文共五章，内容如下：第一章介绍了论文的背景和研究意义，总结了高效加工、预应力切削加工和有限元法在切削加工中应用及研究现状，对本文的主要研究内容进行了说明。第二章分析了残余应力对已加工表面质量的影响，以及切削加工过程中残余应力的产生机理；并在归纳和介绍调整已加工表面残余应力方法的基础上，对预应力切削加工方法的原理和特点进行了阐述；通过总结和分析预应力加载方式及各自的特点后，针对轴类零件的预应力加工特点，设计了三套预应力加载方案。第三章探讨了金属切削加工过程的基本理论及有限元方法的基本原理，阐述了ALE方法和网格自适应技术在切削模拟过程中的应用，建立了二维有限元模型，并通过数值模拟研究了切削力、切削温度等物理量随切削参数的变化规律，并通过试验对比分析了锯齿形切屑的形态，验证了有限元模型的可靠性。第四章建立了三维预应力切削有限元模型，对模拟得到的残余应力、切削力等物理量进行了试验验证；并对加工完后获得的切屑形态、表面粗糙度、表面硬度和表面形貌进行了分析；最后针对预应力切削加工参数进行了优化，并探讨了预应力导致的工件变形及在切削参数中的补偿方法。最后，总结了本文的主要研究内容与不足，并对下一步研究工作进行了展望。