自PDC钻头上世纪八十年代问世以来,因具有平均机械钻速高、进尺多、寿命长等特点,已逐渐成为石油、天然气工业广泛推广应用的一种高效破岩工具,随着人们对新一代PDC钻头认识的不断深入,它的生产技术也不断提高,使用量逐年增加。本文在对PDC钻头设计技术进行调研,对PDC钻头进行结构分析的基础上,通过PDC钻头几何学、动力学研究,提出了PDC钻头三维造型的计算方法和PDC钻头三维系统的设计方法;在对Proe等三维设计软件调研的基础上,运用Pro/ENGINEER的应用程序接口(API)ProTOOLKIT,定制标准的Pro/ENGINEER用户界面,自动执行重复性的程序,通过Pro/ENGINEER集成的内部程序(Dll)或外部应用程序(Exe),提供自定义的应用程序、设计规划和绘图自动化,从而完成了PDC钻头三维系统的设计,利用这个系统,我们可以在计算机屏幕上进行PDC钻头的设计,运用产品建模技术,将我们经过创造性思维构成的PDC钻头模型在计算机上显示出来,然后直接生成产品三维的图形。将来,还可以应用现代仿真模拟技术对钻头的功能、井底运转特性进行动态模拟,通过人机对话对三维图形进行实时的修改处理,实现PDC钻头的边设计、边试验、边修改的新型的设计方法,在整个钻头的设计过程中,就可以全面考虑钻头的可制造性、PDC切削齿的可装配性、经济性和钻头钻进过程中对周围环境的影响等因素,保证了钻头设计与生产的一次成功率。本文提出的三维设计系统是整个钻头数字化系统和未来的性能模拟、数控加工及实现柔性加工的必备基础。也为PDC钻头的数字化加工打下基础。在本文的最后一章,还简要介绍了运用本文提供的系统设计钻头的情况,以及进行的现场试验及其结果。