随着电子芯片行业的高速发展,对单晶硅切片的效率和质量要求同时大幅提升,现有锯切工艺已无法满足要求。目前大量学者通过试验研究发现了超声振动辅助金刚石线锯对于切割硬脆材料具有高精度高效率等多种优点,但对于超声振动如何影响锯切力以及工件表面形貌等加工机理还缺乏比较深入的理论研究,因此本文对横向超声振动辅助固结金刚石线锯锯切单晶硅的加工机理进行了深入的理论和试验研究。主要研究工作有:对超声激励下的轴向运动金刚石线锯振动特性进行了理论建模研究。随后通过该模型证明了线性振动假设的合理性。此外还证明了线锯往复运动对于切割点的振动响应没有影响,据此推导了超声激励下线锯表面任意单颗磨粒的运动轨迹。对超声激励下的锯切力进行了理论建模与研究。在微观层面上结合普通线锯的单颗磨粒锯切力模型和冲击载荷模型,提出了超声振动激励下的单颗磨粒锯切力模型,并采用有限元方法进行了验证。随后根据磨粒在线锯表面的宏观分布统计规律,推导出了宏观层面的多颗粒线锯总锯切力计算公式。对超声激励下的工件表面形貌形成机理进行了深入研究。提出了一种基于动态轮廓采样法的超声振动辅助金刚石线锯锯切工件表面形貌仿真方法。首先建立金刚石线锯表面形貌模型,然后推导了线锯表面任意磨粒的轨迹方程,引入了创新的动态轮廓采样方法。建立简化的工件材料脆塑混合去除模型,对动态轮廓采样方法进行了修正,最终得出了工件表面形貌的仿真结果。在多组工况下分别对超声振动辅助金刚石线锯锯切和普通金刚石线锯锯切进行了试验研究。试验结果表明,超声振动辅助锯切的锯切力比普通锯切减小了25.91%~42.13%。锯切力的理论值和试验值的平均误差为7.50%,验证了锯切力理论模型的准确性。施加超声振动后,工件表面形貌获得改善,工件表面粗糙度值平均降低18.89%。工件表面形貌的实测结果与仿真结果特征相似,实测与理论工件表面粗糙度值的平均误差为6.64%,验证了工件表面形貌仿真理论模型的准确性。