浅谈牙轮钻头产品尧工艺设计一体化

黄 建 兰

（江汉石油钻头股份公有限公司技术中心 湖北 武汉 430223）

摘 要：实施牙轮钻头产品、工艺设计一体化，对于缩短产品设计和制造周期，提升市场反映速度，节约生产成本和提高产品质量等方面

0 前言

用最短的时间和最低的成本生产出高质量的产品，是赢得市场和生存的重要前提，而产品设计和工艺设计则是缩短交货周期和降低成本的源头。牙轮钻头因其零部件外形不是很规则，加工工艺较为复杂，需要设计较多的专用工装，且工装设计和制造周期都较长，因此，牙轮钻头生产厂家一般采用产品设计与工艺设计分离的工作模式，即产品设计完后交付给下一道工序：工艺设计，至于设计的产品是否具备加工工艺性、采用何种工装加工等，都不在产品设计的考虑范围，产品设计时可能只会单纯的从产品性能出发，因而对于生产周期和成本方面都存在一些不可控的因素。随着现代工艺的改进，机床加工能力的提升，以及先进的产品设计软件平台，加工制造工艺不易受工件外形变化而变化，工艺更加通用化，产品设计也更加标准化，为产品、工艺设计一体化提供了良好的契机。

1 产品、工艺设计一体化的意义

产品设计是提升产品竞争力的关键，企业的壮大与发展，离不开高质量的产品，而机械加工工艺设计则是连接产品设计和产品制造的桥梁，在现代机械制造领域中占有重要地位，设计再精美绝伦的产品，如果缺乏可加工性，或工艺技术水平落后，无法转变为市场需要的产品，那么产品设计是毫无意义的，只能是纸上谈兵，因此，工艺是产品成型的保障。此外，产品、工艺设计一体化对提升市场反应速度和节约制造成本等都有重要的作用。

1．1 缩短交货周期，提高市场的反应速度

如果设计和工艺分离，产品设计人员一般注重考虑产品的性能需求，由于工艺经验不足，对产品的设计工艺性考虑不够，在产品设计中往往存在工艺性不好的情况，等到产品已经投入到生产加工线上才发现设计的产品没有可加工性，再返回重新修改产品设计，将严重影响生产加工和交货周期，如果产品设计的同时了解工艺加工，设计的产品具有加工工艺性，产品设计后就能直接生产出来，而不存在反复设计的现象，可以缩短设计周期，提高市场的反映速度。

1．2 节约成本，提升产品加工质量

只有了解工艺设计与工艺加工方面的知识，才能在设计过程中考虑产品能否按最少的工艺步骤、加工方式和尽量利用现有工装加工出合格的产品，下面从牙轮钻头设计和加工方面的实例进行分析：

1．2．1 钢齿牙轮保径齿的设计

在以前的设计过程中，经常存在设计的空间太小，即两颗排之间空间太小（见图1）。

焊齿时敷焊厚度不容易控制，导致两颗齿之间宽度变窄，而且齿的根部容易留下焊渣，焊渣主要是含碳化钨的超硬材料，钻铰保径齿孔时，钻铰刀只要碰到焊渣，就会导致刀具崩刃或造成产品废品，当焊渣太多，刀具崩刃太严重时，必须先手工打磨焊渣，这样不仅增加了操作工的工作量，也影响加工效率，如果在设计时考虑工艺加工，在不改变产品性能的同时，通过改变铣削深度、角度等参数设计，就能有效避免打刀问题的发生。

1．2．2 产品设计与工艺工装相结合

在不影响产品性能的前提下，如果设计产品时尽量考虑选用现有工装加工，能有效减少新工装的设计和制造，不仅能节约工装设计的时间和制造周期，而且能够节约生产成本。当然，这需要产品设计者了解工艺设计，掌握产品加工时关键参数如何控制和检测，才能判断是否可以利用现有工装。

2 实现产品、工艺设计一体化的构想

实现产品、工艺设计一体化，需要从“硬件”和“软件”等方面着手，需要提升机床的加工能力、公司领导自上而下的重视、注重人才的培养以及选择合适的设计软件等。

2．1 提升机床加工能力

先进的机床是提升产品加工能力的有力保障，如果机床加工能力有限，有的产品可能无法加工，即使能加工，也可能需要设计复杂的工装，工装的设计和制造周期长，严重影响产品交货周期。随着加工中心等先进机床的出现，很多外形复杂的产品都能通过机床转盘的旋转和编制程序来实现加工，产品加工对工装的依赖性也越来越小，设计的专用工装也相对较少。

2．2 自上而下的重视

实现产品、工艺设计一体化与公司和部门领导的大力支持是分不开的，因为制造行业存在一些“重设计、轻工艺”的现象，很多人都希望从事产品设计的工作而不愿意主动承担工艺设计工作，这将存在人员结构的不合理现象，而这显然对企业的发展不利，要想成为制造业的龙头企业，需要改变这一观点，需要自上而下的重视工艺设计，从管理模式的改变到人力资源的调整，都需要领导的大力支持。

2．3 注意人才的培养

企业要想从市场服务、产品设计、工艺设计和加工制造等各方面水平得到提升，则需要这些方面的综合性人才的培养。从市场对产品的需求和选用到产品设计，从工艺设计到工艺加工都掌握好了的人才，不仅能够快速地为市场做出反映，为用户推荐合适的产品，也能及时处理制造现场加工出的不合格品，能准确判断不合格品是否满足产品性能，对影响产品性能的不合格品判定报废，对不影响产品性能的不合格品做一些相应的放行处理，做到既不影响产品质量，也不影响生产加工，还能为公司节约成本。

2．4 选择合适的软件作为设计平台

选择合适的设计平台至关重要，不仅关系到设计效率，而且关系到设计质量，在当今信息化高速发展的时代，一般引入产品全生命周期管理系统（ＰＬM系统），基于ＰＬM系统，定制开发牙轮钻头产品与工艺设计软件，设计人员按照标准化设计流程就能完成不是很复杂的产品设计和工艺文件的编制，也能根据系统中提供的工装加工信息，快速判断设计的产品是否需要设计新的工装夹具。

3 一体化实施后的注意事项

3．1 改变观念，突破认识

随着ＰＬM系统等设计平台的搭建，产品设计和工艺设计更加标准化，从而也会隐藏另外的问题，可能有的设计人员对产品设计和工艺设计都停留在软件的使用上，没有更深入了理解产品设计原理；工艺设计也可能只是停留在工艺文件的编写上，如果对工艺设计和加工理解不透彻，即使编写的工艺文件有错误也不能发现，错误的工艺文件用于产品加工，可能给公司造成不可估量的损失，因此，不仅要掌握工艺设计的原理，而且需要了解机床加工和编程方面的知识，只有了解工件的加工方式和方法，才能更好地设计出可加工的产品。

3．2 增强各部门横向联系与配合

设计、工艺及加工制造部门应该紧密结合，有的产品可能会根据市场需求做出一些更改，产品更改后，数控程序、下发到制造部门的工艺文件等都需要更改，有时候存在产品设计更改后没有及时通知制造车间更改工艺文件的现象，而完整的工艺文件是奠定产品制造质量的基础，如果工艺文件没能及时更新和替换，实际加工工艺与工艺文件不符，容易造成加工质量事故。因此，需要加强各部门的横向联系与配合，新工艺或产品设计如有更改，都需要立刻更新制造车间工艺文件和程序等。

4 结语

实现产品、工艺设计一体化意义重大，不仅能提高市场的反映速度，也能节约设计成本和生产加工成本，而要完全实现一体化，不仅需要自上而下的高度重视、人才的培养和完善软件平台，还需要改变思想观念、增强部门之间的横向联系等。

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参考文献

1 王庆兵．产品设计和工艺一体化探讨［C］．中国电子学会2008年电子机械、微波结构工艺学术会议，2008

2 张琉．试论工艺工作在企业中的地位和作用［J］电子工艺技术，1990（2）

（责任编辑 晓 天）