加工件表面的残余应力是衡量加工件表面完整性的一项重要指标，严重影响加工件的静力强度、疲劳强度及抗腐蚀性能，进而影响零件的使用寿命。同时，残余应力也是影响加工件几何尺寸稳定性的主要因素。另外，不同于零件的其他性能指标，加工件表面的残余应力无法仿造或复制。因此，实现加工件表面残余应力的预测和控制对提高加工产品的质量至关重要。切削过程中影响加工件表面残余应力的因素很多，主要包括切削参数、刀具几何形状、材料性能及润滑条件等。微量润滑切削将极少量的切削液与压缩空气混合，以气雾的方式喷射到切削区域。与传统大流量润滑加工相比，微量润滑加工不仅降低成产成本，减少环境污染，而且加工质量能够达到甚至超过传统大流量润滑的加工质量。此外，微量润滑装置成本低，操作简单。因此，利用微量润滑控制加工件表面的残余应力对工业生产来说具有强有力的竞争优势。本文采用解析建模的方法建立了基于切削参数、刀具几何形状、材料参数以及微量润滑参数的残余应力预测模型。主要研究工作包括：一、微量润滑对切削模型摩擦特性的影响分析。（1）比较了传统大流量润滑加工以及微量润滑加工条件下切削介质的渗透机理，研究发现传统大流量润滑条件下切削介质的渗透过程分为三个阶段：液相渗透、液滴蒸发和气相填充。微量润滑条件下油雾混合物以气液两相的方式直接渗透到金属摩擦接触面。（2）分别讨论了微量润滑的润滑和冷却效应。考虑到微量润滑切削过程中的切削液用量极少，因此采用边界润滑模型预测微量润滑条件下的摩擦系数，从而预测由于微量润滑产生的摩擦力的变化。考虑到微量润滑切削过程中油雾混合物以高压方式喷射到切削区域，因此采用强迫对流冷却模型预测切削区域的传热系数，从而预测由于微量润滑产生的切削温度的变化。二、基于“热-力”耦合的切削温度和切削力预测建模。（1）基于材料流动应力模型建立了切削力和切削温度的耦合预测模型。切削过程中，由于切削力产生切削热，根据Johnson-Cook材料本构模型，切削温度的变化又会导致切削过程中流动应力发生变化，从而产生切削力的变化，切削力变化的同时又会影响切削温度。切削力和切削温度如此耦合，从而达到一个动态平衡。（2）建立了微量润滑条件下切削力和切削温度的耦合预测模型。首先，将干切削条件下的切削力作为初始切削力用来预测润滑条件下的摩擦系数。其次，将预测到的摩擦系数代入修正的Oxley模型预测微量润滑条件下的切削力，并将预测得到的切削力代入温度预测模型预测剪切面以及刀具-切屑界面的平均温度。然后将预测到的温度以及摩擦系数代入修正的Oxley模型预测润滑和冷却两方面作用下的切削力。最后将切削力和切削温度循环迭代从而达到切削力的稳定状态，最终获得微量润滑条件下的切削力和切削温度。三、综合考虑“热-力”效应的残余应力解析建模。（1）基于预测到的微量润滑条件下的切削力和切削温度，利用赫兹接触模型计算由于机械载荷和热载荷两方面作用下工件表面产生的应力分布，并对工件表面应力进行分析。（2）采用McDowell混合算法考虑微量润滑切削过程中载荷大范围变化下材料的随动硬化，利用“热-弹-塑”增量塑性模型，分别对应力加载和释放两个过程进行计算，预测加工件表面的残余应力分布，建立残余应力与切削参数、刀具参数、材料性能和微量润滑参数之间的函数关系。四、基于AISI4130合金钢直角车削试验的预测模型验证。（1）采用三种润滑方式：干切削、微量润滑以及传统大流量润滑加工对AISI4130合金钢进行直角车削试验，利用压电式测力仪测量切削过程中的切削力。采用热电偶和红外热成像仪测量加工过程中的切削温度。利用X射线衍射法测量加工件沿层深方向的应力分布。（2）根据试验测量结果，分析不同切削参数和润滑条件对实际测量的切削力、切削温度和残余应力的影响。（3）将模型预测结果与试验测量结果进行对比，验证微量润滑的切削力、切削温度和残余应力预测模型。五、微量润滑切削表面残余应力的敏感性分析。（1）基于试验验证的微量润滑残余应力预测模型，利用主成分分析法对微量润滑切削表面残余应力的可控性因素进行分析，确定了影响加工表面残余应力的主要因素。（2）根据主成分分析结果，研究了加工件表面残余应力（最大残余压应力和平均残余应力）随润滑参数（切削液流量和油雾混合比）、切削参数（切削速度、进给量和切削宽度）以及刀具参数（刀具前角和刀尖圆角半径）变化的规律，提出了工件表面残余应力的优化和控制策略。