现代制造加工业要求机床具有高精度、高速度、高刚度等优良性能，即对机床的各项性能提出了更高的要求，机床的发展水平一直都是衡量一个国家科技水平和现代化程度的重要标尺之一。超精密机床主要由主轴运动系统和导轨运动系统构成，而导轨在机床中占有重要作用，其中直线滚动导轨具有结构紧凑、反应灵敏、承载性能好、安装简便等优点，已经越来越广泛地应用在加工中心、数控机床等行业中。本课题机床整体采用T型布局，在明确机床对导轨的性能要求的基础上，首先在一定的设计流程指导下依次完成了主轴导轨连接部位设计、导轨与溜板尺寸设计、滚柱设计、“电机+滚珠丝杠”传动系统设计及导轨系统的其它附属零部件设计；然后按同样的方法完成了对刀架导轨的设计，最终完成了对机床导轨系统的整体设计。对导轨精度及影响导轨精度的因素进行了分析，以便采用适当的方法提高导轨精度；对主轴导轨的传动系统刚度进行了计算，以用于确定导轨与溜板之间的轴向刚度。在赫兹接触理论的基础上，对滚柱、滚珠与平面接触区情况（主要指接触区的最大变形量及最大应力）进行了对比研究，得出滚柱比滚珠有更高的刚度和更好的应力分布状态，并且得到了滚柱的径向刚度；对导轨预紧力进行了研究；并对导轨系统进行静力学仿真以确定自身静刚度，以证实此导轨的高刚度性能。设计中需要对零部件进行优化设计，首先，运用有限元软件ANSYS对螺母连板进行响应曲面的优化设计；其次，以溜板为例对零件进行拓扑优化设计，以使其在满足刚度的前提下获得最佳的材料布局；最后，针对滚动导轨抗震性差的缺点，对主轴导轨系统进行了模态分析，获得了导轨的固有频率和振型。