预应力磨削淬硬技术是将预应力切削与磨削淬硬两种技术集成起来应用到磨削加工中的一种新型加工工艺。预应力切削技术可以准确有效的降低加工后工件表面残余拉应力,甚至将残余拉应力向残余压应力转变；磨削淬硬技术可以有效利用磨削过程中产生的大量磨削热,使工件表面产生淬火硬化层。预应力磨削淬硬技术将二者的优点结合,改善了工件加工后的表面质量和使用性能,同时简化了加工工艺,提高了生产效率,还减少了对环境的污染。若可以将其应用于实际生产中,将会产生很高的社会与经济效益。在以往的研究中,针对预应力切削与磨削淬硬的分析是分开进行的,且多数是在平面磨削中的应用,对其在外圆磨削中的应用涉及较少。针对以往研究中存在的问题,在研究了磨削原理、有限元分析、热弹塑性力学、热处理工艺等理论的基础上,本文从以下两方面对预应力磨削淬硬技术在外圆磨削加工中的应用进行了研究。使用通用有限元软件ANSYS对外圆预应力磨削淬硬加工进行了有限元仿真,分析了预应力切削技术与磨削淬硬技术之间的相互作用关系与将二者集成起来应用到外圆磨削中的可行性与应用效果。通过模拟出不同磨削深度和工件转速条件下的外圆磨削淬硬温度场,得到了外圆磨削淬硬的可行性范围与淬硬层厚度随磨削深度和工件转速的变化趋势。通过模拟出不同磨削深度和工件转速条件下,工件经过外圆预应力磨削淬硬加工后的残余应力应变场,总结了预应力切削技术与磨削淬硬技术之间的结合效果,并探究了加工硬化层厚度随磨削深度和工件转速的变化趋势。对外圆磨削预应力夹具进行了结构设计和有限元分析。通过分析外圆磨削预应力夹具的基本使用要求和对加工工件、轴承和机床的选择,完成了其结构设计。通过理论计算与有限元分析方法得到了施加在螺杆上的扭矩与工件上预应力之间的传递关系,并对预应力夹具各零件进行了强度校核。经过理论计算,预应力夹具的螺纹副与螺杆均符合强度要求。经过有限元分析,预应力夹具中其他结构和受力情况较复杂的零件也符合强度要求。通过对预应力夹具进行的模态分析,得到了其固有频率与振型,为其在实际中的应用与结构优化提供了依据。