一种预应力淬硬磨削复合加工方法，属于材料表面机械加工技术领域，特别是涉及一种将磨削、淬火及残余应力控制三者集成的预应力淬硬磨削复合加工方法。本发明的加工方法包括如下步骤：将待磨削工件安装到预应力加载装置中，当工件安装到位后，对工件施加预拉应力，此时两者组成装配体；将装配体安放于磨削机构内，在磨削机构内的磨削位置对装配体进行装夹固定，装夹固定完毕后，由磨削机构对装配体内的工件进行不施加磨削液的干磨削加工；磨削加工结束后，进行空气冷却，直到工件温度降低到室温为止；当工件温度达到室温时，卸载预拉应力，将工件从预应力加载装置中取出，完成工件的预应力淬硬磨削加工。