单晶硅由于其红外透过率良好、折射率高、色散好、熔点高、导热性好、材料均匀性好、密度低、化学性质稳定等特点广泛应用于航空航天、红外探测、武器装备等领域。然而单晶硅作为一种难加工材料,其硬度高且脆性大,在超精密切削过程中刀具磨损十分剧烈,刀具使用寿命极短,大大限制了单晶硅的大规模商业化应用。针对单晶硅超精密切削刀具磨损机理以及刀具磨损抑制技术一直以来是超精密加工领域研究的热点问题。本文针对这两方面进行了探索性的研究。首先,本文通过实验以及仿真模拟对单晶硅超精密切削过程的刀具磨损行为及机理进行了研究。通过端面切削实验研究了进给速度与加工表面质量以及刀具磨损的关系,并对刀具磨损、切削力随切削距离的变化关系进行了研究。借助扫描电镜发现刀具磨损形式主要是沟槽磨损以及微崩刃。通过分子动力学仿真和实验对刀具磨损的机理进行了分析,由于切削过程中金刚石刀具石墨化、扩散磨损以及刀具和工件表面之间剧烈机械摩擦导致刀具磨损严重。该部分研究为刀具磨损抑制技术提供了理论依据。其次,由于润滑对超精密切削单晶硅有很大的影响,本文对纳米颗粒润滑进行了研究,研究了纳米颗粒的类型及质量分数的影响,研究了纳米颗粒润滑下刀具磨损、切削力随切削距离的变化关系,并对纳米颗粒润滑降低刀具磨损的原理进行了分析,为提高刀具寿命提供了一种方法。最后,对超声振动辅助切削耦合纳米颗粒润滑切削效果进行了研究,研究了切削速度以及润滑方式对刀具磨损影响,并对这种方法切削单晶硅的可行性进行了分析。以上研究,有助于进一步理解单晶硅超精密过程刀具磨损机理、提高加工效率、延长刀具使用寿命,同时为大口径或复杂曲面单晶硅光学元件高效高质量超精密加工奠定理论基础和可借鉴的加工工艺方法。