近年来,单晶硅作为一种优良的单晶材料,在太阳能发电、集成电路、红外光学系统等许多产品上发挥着重要的作用。但是,单晶硅的一个显著特性是硬脆性,加工过程中非常容易由于材料发生脆性断裂而出现微裂纹和凹坑,不利于光滑加工表面的实现。加工得到的单晶硅器件不仅要求拥有良好的表面质量,还要求具备越来越复杂的表面,如微透镜阵列,以发挥更优良的使用性能和拥有更广的使用范围。通过纳米压痕技术和维氏压痕技术对单晶硅的材料特性进行测试分析,计算得到弹性模量、硬度、断裂韧性三个重要的材料性能指标。对单晶硅切削加工过程进行建模,完成单晶硅切削加工切削比能模型的建立,并基于切削比能模型建立脆塑转变临界切削厚度预测模型,仿真分析切削过程中加工参数、刀具参数等对临界厚度的影响规律,设计切削加工实验完成模型正确性的检验。并为下一步单晶硅微透镜阵列等加工应用的加工参数确定提供依据。开展单晶硅铣削加工实验,在获取单晶硅临界厚度值的基础上确定加工参数范围。借助扫描电镜和拉曼光谱仪对切屑和加工表面进行观测,分析不同刀具类型对单晶硅铣削表面形成机理和切屑形态的影响。将加工表面的拉曼光谱信息进行处理分析,用于表征单晶硅铣削加工后的加工损伤,分析了每齿进给量、刀具类型、润滑条件对加工表面的形貌和加工损伤的影响。此外,对不同刀具类型加工时的刀具磨损情况进行了分析。完成对不同类型微透镜阵列表面进行数学建模,在此基础上结合四种微透镜阵列加工策略完成铣削轨迹规划。建立微透镜阵列表面加工误差评价流程,通过模板匹配技术对测量数据点进行预处理,结合强化学习理论建立微透镜阵列表面匹配模型,完成测量数据点与设计数据点的最大程度的贴合,便于对加工后的微透镜阵列进行评估。开展了3×3单晶硅微透镜阵列铣削加工实验,分析不同加工参数和加工轨迹对微透镜阵列铣削效果的影响,借助激光共聚焦显微镜对透镜表面误差进行评价。通过对单晶硅塑性域切削相关研究,并且结合单晶硅微透镜阵列上的加工应用,有助于提升加工得到的单晶硅器件的使用性能、使用寿命和使用范围。