工件表面的残余应力是衡量工件加工质量的重要指标,对工件的抗腐蚀能力、疲劳强度、几何尺寸稳定性和静力强度都有重要影响,同时表面残余应力的研究也对解决工件的加工变形问题有指导作用。但是加工表面残余应力的情况是很难确定的,它会受到加工过程中刀具几何、切削参数、材料性能、润滑条件等多方面的影响。因此,在工业生产中,需要深入地理解残余应力的产生机理,预测和控制工件表面残余应力。本文针对铣削加工过程中表面残余应力的预测问题作相关研究,提出了一种铣削表面残余应力预测的理论模型,并进行了实验验证。主要研究成果如下:(1)在以往的二维直角切削加载应力场模型的基础上,通过对斜角切削过程空间结构的分析研究,建立了一个三维空间内的斜角切削加载应力场模型,实现了从特殊到一般,从二维到三维的跨越,扩展了切削应力场预测算法的应用范围。同时也使用类似的办法将二维直角切削的温度场解析算法推广到三维斜角切削。针对更加复杂的铣削加工过程进行力学分析,将铣刀的进给运动与工件内部应力场、温度场的变化耦合起来,实现对铣削过程任意时刻的应力场、温度场的预测。(2)对以往的二维残余应力解析算法进行调整,重新界定其在三维空间内的应力应变边界条件。同时针对铣削过程多周期加载的特点,建立解析模型预测铣削过程工件内部加载应力变化历程,计算每个加载周期的残余应力,然后进行累积叠加。(3)通过实验验证了本文的残余应力解析模型的有效性。为了获得解析模型所需的相关参数,采用DSX100显微镜来测量刀尖圆弧半径,通过Kistler9255B测力仪测力实验来标定切削力系数。然后分别将相同条件下有限元仿真与实验测量方法获得的铣削残余应力结果与本文解析模型预测的残余应力进行对比,验证了本文模型的有效性。