硬脆性材料如单晶硅、光学玻璃、蓝宝石等因具有高硬度,高耐磨,耐腐蚀、抗氧化、高电阻率等良好的物理化学性能,而广泛运用于军用和民用行业。因材料的硬脆特性,使得加工过程困难。目前往复式金刚石线锯切割因为具有高效率、窄切缝等诸多优点,已经成为硅片切割领域很有发展前景的切割技术。但切割过程中的线锯运动特性对工件表面质量影响大,因此为了获得更好的工件表面质量,迫切需要对切割力和工件表面的形成原因进行研究。在往复式金刚石线锯切割过程中,线锯纵向位移运动使得线锯在切割工件表面的误差敏感方向上出现切割痕迹。因此,从往复式金刚石线锯切割系统的运动特性出发对切割工件表面质量和切割力的影响进行研究。本文论述了往复式金刚石线锯切割系统线锯纵向运动分析、线锯纵向位移与线锯速度同步测量系统实施、线锯切割工件的纵向切割力分析建模和线锯切割工件的表面形貌分析。从分析往复式金刚石线锯切割系统的结构特性出发,分析线锯纵向运动的产生,分别对线锯空载与切割工件时线锯纵向位移进行建模与实验。为了提高实验中测量数据的对应性,搭建纵向位移和线锯速度同步测量系统,将激光位移传感器采集的线锯纵向位移数据以电压信号的方式接入到数据采集系统中,利用虚拟仪器软件LabVIEW进行数据采集,通过编制程序,实现线锯的纵向位移与线锯速度、切割力数据的同步测量。建立单颗磨粒压入模型,获得单颗磨粒的切割力,简化线锯表面的金刚石磨粒分布规律,获得在线锯切割时参与切割的磨粒总数,根据多颗磨粒的相互作用,得到所有磨粒产生的总切割力,结合线锯的纵向运动和工件的进给运动,获得了在纵向和法向的两个切割分力,建立纵向力切割力模型,并进行线锯切割实验和仿真分析对比。分析工件的表面成形方法,从线锯切割系统的运动特性出发,分析线锯与工件之间的相对运动,建立线锯的锯切轨迹方程,并结合工件进给运动,建立线锯在工件表面上的三维运动轨迹方程,结合轨迹法表面成形理论,建立工件的表面形貌预测模型,并利用徕卡显微镜测量工件的表面形貌,结果表明,仿真与实际测量的误差小于7.82%。