近年来,随着我国在能源、交通等基础设施中投资的不断增大,各型螺栓螺母紧固件的需求量日益增加、质量要求不断提高。尤其在电力铁塔、高速公路护栏等施工装配场合,大量采用了经热镀锌处理的螺栓螺母,要求螺纹不得有磕碰损伤,且螺栓与螺母应搭配成套使用、不得互换。随着成套用螺栓螺母需求量的不断增长,研制一种能够实现成套用螺栓螺母高效装配的自动化系统已成为行业发展的急需。本文以输电铁塔用4.8级M16?45规格的螺栓螺母为应用对象,采用理论分析、仿真试验与样机测试相结合的方法,研发一套性能稳定、装配高效的成套用螺栓螺母自动装配系统。论文主要研究工作如下:(1)依据自动装配系统的设计要求与准则,确定成套用螺栓螺母自动装配系统的性能要求与关键指标;分析已有自动装配系统的装配流程并进行优化,确定本文设计的成套用螺栓螺母自动装配系统的装配流程;在此基础上,提出系统机械结构、气动回路与控制单元的总体设计方案,完成系统的总体设计。(2)以“结构紧凑、坚固耐用”为目标,基于机械结构总体设计方案,完成系统机械结构整体布局,选定自动上料机构,并对螺母夹持与转运机构、螺栓夹持与成品卸料机构和螺栓螺母装配机构进行设计;详细阐述各机构的组成与工作原理、关键部件的设计原理和执行元件的选型原则,并对螺栓螺母夹具进行强度校核,完成自动装配系统的机械结构设计。(3)以“运行稳定、高效节能”为目标,基于气动回路总体设计方案,搭建气缸冲程与回程过程气动回路的数学模型和仿真模型,研究不同管径、不同压力对气缸动作时间的影响,确定气动回路压力和管路直径;建立包含气动比例阀和气缸的阀缸速度控制回路数学模型,推导装配气缸活塞速度与比例阀控制电压之间的传递函数,为装配气缸的速度控制功能设计提供理论依据。(4)以“维护便利、监控一体化”为目标,基于控制单元总体设计方案,完成控制单元硬件模块选型和控制流程设计,并采用FluidSIM对控制流程进行仿真验证;开发故障自诊断、缺料自动呼叫与远程监控功能模块,保障系统的可靠运行。(5)完成成套用螺栓螺母自动装配系统样机试制与组装,搭建系统综合测试平台,设计测试方案,对样机各项功能与关键性能指标进行测试,验证系统设计的正确性。本文综合运用“机-电-气一体化”设计理念,设计并开发了一种成套用螺栓螺母自动装配系统,可提升产品的装配效率、降低不合格率,是“机-电-气一体化”设计理念在产品自动化装配系统中应用的有益尝试,为我国自动装配技术的发展奠定理论与技术基础。