钢管作为一种涉及国家能源等行业安全的重要钢材品种之一。经过几十年的发展,我国已成为世界第一大无缝钢管生产国。因此,钢管生产的中节能、环保、短流程的重要性与优越性越发的彰显出来。金属斜连轧工艺一种无缝钢管的短流程新工艺,可缩短无缝钢管生产的工艺流程,提高生产效率和管坯成材率,降低生产成本,对无缝钢管材的生产具有重要的实用意义。对于斜连轧顶头及芯棒存在自动化程度低,劳动强度大,轧制效率低,危险系数高等不利因素。现急需开发研究一套智能芯棒、顶头更换系统,以期达到既能快速更换处于各种状态下的顶头、芯棒又能实现轧后顶头、芯棒的检测与更新。为此,本课题提出一套新型顶头、芯棒智能更换系统,旨在提高斜连轧设备的轧制效率与设备的智能化。本文主要研究内容及相应的结论如下:（1）采用解析方法求解生产环境在高轧制力、轴向力等情况下的螺纹紧固力。并建立温度场模型,分析轧制过程中受高温管坯热传导、摩擦等产生的高温对顶头等轧制工具产生的紧固力的影响。（2）建立并开发了斜连轧设备的智能更换顶头、芯棒系统。对搭建的智能更换平台的设备排列、加工、更换及检测提出最优化解决方案。进一步对算法进行优化仿真,得到最优解决方案,验证算法可行性。（3）利用ADAMS软件对此机构的装卸芯棒、顶头的运动规律进行分析和计算,为机构设计所需的工作参数和结构设计参数提供理论依据。同时对于上述更换设备进行了相关的选型以及校核分析计算。（4）实验研究主要通过搭建轧制力、轴向力轮辐式压力传感器以及其他测量工具,对在实际轧制前后以及过程中的相关数据进行采集;通过搭建更换机械手结构模型以及相关控制电路,完成对芯棒更换模拟实验;进行机械手与机械臂的结合实验,达到机械臂对于更换过程的精确控制。经过理论计算、模拟仿真和实数据采集进行了比较分析,理论模型接近实验数据,实验结果与模拟仿真趋势吻合良好。验证了机构的解决问题可行性,其结果均可作为工艺设计和开发的基础。