预应力淬硬磨削技术是将预应力磨削和磨削淬硬技术集成在一起的新型磨削技术。预应力磨削可以有效的减少加工后工件表面的残余拉应力,进而可以在磨削后表面获得残余压应力。这种工艺可以有效的改善加工工件表面的应力状态,提高工件表面的抗疲劳特性和耐腐蚀性。在磨削过程中会产生大量的热,磨削淬硬技术就是要充分利用加工过程中产生的磨削热,在磨削的同时,对磨削表面进行淬火处理。磨削淬硬工艺不仅可以将磨削产生的热充分利用,还可以减少甚至不使用冷却液。减少了冷却液对环境的污染,同时降低了生产成本,提高生产效率。将预应力磨削技术和磨削淬硬技术有机结合,产生的预应力淬硬磨削技术包含了预应力磨削和磨削淬硬技术的特点,符合可持续发展战略要求和绿色制造的理念。由于残余应力的形成过程较为复杂并且没有准确的预应力值提供支撑,以往对预应力淬硬磨削的研究主要集中在对预应力淬硬磨削加工后残余应力形成机理以及预应力与残余应力关系趋势等方面的研究。针对实现预应力精确施加存在的问题,本文提出了一种可以为预应力淬硬磨削实验及相关工艺提供较精确预应力的夹具和加载方案。论文首先对磨削机理和残余应力形成机理进行了分析,对预应力磨削夹具装置进行了设计和夹具的强度校核,建立了夹具扭矩载荷与应力的计算模型。原有的夹具存在着加载读数不准确,加载过程中工件表面存在着弯矩,以及由于夹具内部的摩擦或滑移造成的应力损耗等问题,为解决这些问题,设计了一套带有负反馈的加载系统以达到提供精确预应力的目的。通过对预应力磨削夹具加载系统的设计,解决了原有夹具存在的不足。采用步进电机,行星轮减速器来替代原有的指针式扭力扳手作为动力源,不仅减少了人力成本,而且扩宽了夹具所能提供的预应力范围和精确性。采用应变片作为监测工件表面预应力的手段,并与PLC控制器形成一套负反馈系统,提高了系统的稳定性。其次,设计工件表面的应力应变值采集试验,得到了预应力夹具的扭矩载荷与应力的数学模型,验证了理论计算模型。由于工件表面需要进行加工且磨削会产生大量的热,因此工件表面或侧面都不适合贴应变片进行实时监测。设计工件表面应变与夹具表面应变的采集试验,建立了以夹具表面应变值计算工件表面应变值的数学模型,为实现实时监测工件表面应力提供了可能,为加载系统的控制算法提供了依据,保证了提供精确预应力的能力。最后,对预应力磨削夹具进行了有限元分析。进一步对预应力磨削夹具的各个关键部件进行了静强度分析校核,以达到安全并能为工件提供准确预应力的目的。同时对预应力磨削夹具进行了模态分析,分析其固有频率和相应的振型,后续实验中为避免工件或夹具与机床或其他振源共振选用的磨削用量提供依据。对预应力磨削夹具进行了谐响应分析,分析夹具的关键部位在不同频率的激振下的响应情况,证实了预应力夹具具有为工件提供准确装夹和预应力,可以有效保证工件加工精度的能力。论文所提出的用监测夹具表面应变值变化来计算工件表面应变值的监测方法,可以广泛应用于其他的预应力夹具系统,因此论文具有工程参考价值。