随着制造业不断高速发展，在长时间工作中机床导轨因受到切削载荷而产生大量磨损,导轨副间隙变大，刀具的运动轨迹发生改变，引起加工精度下降，导轨耐磨性成为限制机床服役的关键因素。然而灰铁作为机床导轨常用的材料，本身具有较好的减震性、切削加工性等优点，具有不可替代性。所以在不改变基体材料条件下，研究延长其使用寿命的方法具有重要意义。仿生学研究发现生物耐磨体表呈现复杂多样的形状,通过材料、形状、结构多种耦元协同作用优化性能，不同耦合方式可以得到不同性能。之前有关的研究都是单一形状耦元(点状、条纹状、网纹状)对材料耐磨性的影响，为了更接近生物模型功能原理，本文创新性的将不同形状耦元耦合（两种或两种以上形状耦元耦合），以获得更好的仿生效能。首先,本文以沈阳机床厂机床导轨所用灰铁为实验材料，利用激光熔凝技术在基体材料表面加工出不同形状耦合仿生试样和单一形状耦合仿生试样，对比分析形状耦元对灰铁干滑动磨损的影响。其次，研究分析耦元特征量（点状耦元排布、耦元排布间距d、耦元排布角度α）对灰铁干滑动磨损的影响。最后，通过干滑动磨损实验结果、ANSYS应力-应变分析、表面磨损形貌以及三维形貌综合分析磨损规律，进而提出面向机床导轨的新型耦合仿生模型，对实际的生产提供理论依据。实验结果表明，在本实验研究条件及范围内，与单一形状耦合仿生试样相比，不同形状耦元耦合可进一步提升耐磨性；点状耦元周期交错排布的耦合仿生试样的耐磨性好于点状耦元周期直线排布的耦合仿生试样；在耦元排布间距d相同条件下，当点状与条纹状耦合仿生试样的耦元排布角度α为45°时耐磨性最好；在耦元排布角度α相同条件下，当点状与条纹状耦合仿生试样的耦元间距为2mm时耐磨性最好；点状与网纹状耦合仿生试样与其具有相似的规律。为探究其耐磨机理，本文结合磨损失重量、磨损表面形貌、三维形貌和ANSYS接触分析可知，不同形状耦元相互耦合协同作用可以改变表面应力分布，使基体所受的应力减小，磨损接触面积和接触机率减小，犁沟长度变浅变短，从而使试样的耐磨性提高。因此，可以改善基体表面硬质耦元的形状与分布，使不同形状的硬质耦元与较软的基体之间耦合形成较好的匹配，可减小粘着和磨粒磨损,进而延长机床导轨寿命。