钢制导轨是机床导轨中应用最广泛的导轨材料之一,具有成本低、承载大、刚度好等优点,但也存在摩擦系数大、易磨损等缺点,在导轨运动过程中,导轨表面摩擦会产生磨损,随着时间的累积会导致机床导轨磨损严重从而缩短了使用寿命。仿生学与表面织构化技术的结合为提高导轨减摩抗磨特性提供了新的方向。本文基于微织构产生流体动压效应的能力,通过仿真设计了具有良好润滑性能的微织构,接着优化激光加工参数在上导轨表面加工了与仿真结果相匹配的微织构,通过摩擦磨损试验,研究了微织构对导轨副摩擦磨损特性的影响。设计并建立了微织构润滑区域的二维、三维仿真模型,分析了其截面形状、深宽比、运动速度、形状、方向等参数对流体动压效应的影响规律,得到了具有最佳润滑性能的微织构,为微织构的设计和加工提供依据。仿真结果表明:微织构的存在可以产生流体动压,增大承载力。截面形状为三角形、深宽比为0.2、沟槽方向与流体运动方向垂直的六边形微织构具有最佳的流体动压效应,且微织构产生的动压力与流体速度成正相关。但在对比方向不同的两种直线微织构时,发现与流体运动方向平行的直线微织构产生的流体压力比垂直的大,但其仅在微沟槽两端产生流体动压效应,这在实际中是不利于减摩的。采用纳秒激光器在上导轨表面加工仿生六边形微织构,通过改变加工功率、扫描速度、频率、扫描次数等,探究了激光加工参数对仿生六边形微织构形貌的影响,并优化得到了最佳的激光加工参数:功率为5W、扫描速度为150 mm/s,频率为40 kHz,扫描次数为1次。在最佳的激光加工参数下加工出具有良好形貌质量、截面形状为三角形、深宽比为0.2的六边形微织构,这与仿真中的可以产生最大动压力的微织构参数基本一致。利用自制的导轨摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,分析摩擦系数变化规律以及磨损形貌,探究了在润滑条件下微织构对导轨副摩擦磨损特性的影响。结果表明:无论在油润滑还是在脂润滑的条件下,与导轨运动方向垂直的仿生六边形微织构都具有最佳的减摩效果,但润滑脂的润滑效果更好,时间更长。这表明仿真结果是可靠的,在润滑条件下微织构产生的流体动压效应可以改善导轨的润滑条件。仿生六边形微织构的面密度有一个最优范围为20%左右,此时微织构减摩效果最佳,超过或低于一定范围时会变差。与无织构导轨相比,当仅在导轨副单表面制备仿生六边形微织构时,微织构表现出良好的减摩耐磨效果;但当导轨副两表面都存在仿生六边形微织构时,微织构会加大其摩擦磨损。随着载荷的增加,微织构导轨的摩擦系数减小,而无织构导轨先减少后增加。随着速度的增加,在高载荷下,两种导轨副的摩擦系数均减小;在低载荷,它们的摩擦系数均先增加后减小。