Mastercam CAD/CAM von Tops Capstone Indy Car Engineering Project

Wenn es um ein Ingenieurprogramm geht, das wirklich den Nagel auf den Kopf trifft, ist es schwer, das IUPUI-Programm für Maschinenbautechnologie an der School of Engineering and Technology zu übertreffen. Es befindet sich auf einem gemeinsamen Campus, der Indiana University – Purdue University Indianapolis (IUPUI).

Programmdozent Ed Herger bringt einen starken Fertigungshintergrund auf diesem Gebiet in sein Klassenzimmer ein. Seine Karriere begann mit mehreren Jahren in der Industrie, wo er im F&E-Bereich der Materialwissenschaften arbeitete, und wechselte dann zur Herstellung von Produkten, die von thermischen Instrumenten bis hin zu Trainingsgeräten reichten. Dann begann er eine Karriere in der Ausbildung als außerordentlicher Professor an einem mit Haas Automation Inc. verbundenen Community College in Kalifornien, das das praktische Lernen mit Haas CNC-Werkzeugmaschinen und den Betrieb mit Software von CNC Software Inc., Tolland, Connecticut, dem Entwickler von betonte Mastercam CAD/CAM-Software.

„Die Studenten, die sich für ein Studium der Maschinenbautechnik an der IUPUI entscheiden, sind im Gegensatz zum Maschinenbau mehr von dem ausgesetzt, was in der Fertigungshalle über die Designdisziplinen hinaus passiert“, sagte Herger. „Sie erhalten viele praktische Fähigkeiten, die sie direkt nach dem College anwenden können, sei es Mastercam oder Solidworks oder einige der anderen Softwareprogramme, die wir hier unterrichten.“

Die Studenten des Programms verbringen die ersten zwei Jahre mit einer Reihe von akademischen Fächern, bevor sie sich ab ihrem Juniorjahr intensiv mit der Technologie selbst befassen. Bis vor kurzem verwendete das Programm wenig Online-Material und konzentrierte sich auf ein traditionelles Curriculum aus Präsenzvorlesungen und praktischen Projekten. Wenn es um CAM-Software ging, wurde Mastercam für Solidworks als Add-in zum Programm gelehrt.

„Die Richtung, in die wir gehen wollten“, sagte Herger, „war, mehr CAM-Erfahrung sowie Möglichkeiten für Online- und externe Zertifikate bereitzustellen. Das bedeutete, sich auf Mastercam und die Online-Vorteile der Mastercam University zu konzentrieren. Damit hätten unsere Studierenden die Möglichkeit, neben dem Bachelor of Science auch einen Fähigkeitsausweis zu erwerben, mit Online-Unterricht sowohl in unserem Labor als auch auf den eigenen Laptops und Heimcomputern.“

Herger nahm zwei oder drei Einheiten von der Mastercam University und ließ die Studenten diese Einheiten selbst durchgehen und gab ihnen dann eine Aufgabe, die auf den CAM-Operationen oder -Funktionen, die in diesen Materialien gezeigt werden, basiert. „In der Klasse übertrage ich die Mastercam-Lektion sowie meine eigenen Aufgaben auf den Computer und projiziere sie auf eine große Leinwand, um verschiedene Vorgänge mit verschiedenen Arbeitsgruppen zu teilen. In meiner Klasse folgen die Schüler einfach dem Online-Kurs von Anfang bis Ende. Ich beobachte sie, während sie die Lektionen durchlaufen, und ich war zufrieden mit dem Fortschritt ihrer Zertifikatsarbeit. Sie haben die Aufgaben der Mastercam University und meine eigenen Aufgaben ziemlich erfolgreich erledigt.“

Bevor die Schüler zu den CAM-Kursen von Ed Herger kommen, absolvieren sie zunächst mehrere Kurse in 3D-Modellierung sowie Lesen von Drucken und praktischen Herstellungsprozessen. Daran schließt sich ein Fokus auf die parametrische Modellierung mit Solidworks an. Sobald die Schüler in Hergers Klasse sind, erhalten sie eine starke Mastercam-Diät. „Normalerweise gebe ich ihnen ein großes Projekt, an dem sie arbeiten können, wie z. B. Formen oder Formen für bestimmte Teile. Mein Gesamtansatz besteht darin, ihnen eine umfassendere Art von Projekt zu bieten, im Gegensatz zu mehreren kleinen, spezifischen Übungen, die wenig praktische Anwendung bieten“, erklärt Herger.

Herger ließ sie beispielsweise ein Mikrometer, ein Präzisionsmessgerät, nachbauen. Die Schüler entwarfen mehrere Programme für Werkzeuge zur Herstellung von Teilen für das Mikrometer. Anschließend fanden sie heraus, wie man die erweiterten Funktionen von Mastercam nutzt, um die Maschinenoperationen im Computerraum zu programmieren. „Ich versuche, ihnen ein Projekt mit realer Anwendung zu geben, und ich versuche, ihnen nicht zu viele harte Richtlinien zu geben, wie man es macht. Sie lernen effektiver, wenn sie versuchen, die Dinge selbst herauszufinden, bevor ich einsteige“, sagte Herger.

Viele der Funktionen von Mastercam wie Dynamic Milling ermöglichen laut Herger, das Beste aus den Fähigkeiten von CNC-Maschinen herauszuholen. „Wir haben viele große, komplizierte Teile aus Aluminiumblöcken hergestellt, und ein Großteil dessen, worauf wir uns konzentrieren, ist das 3D-Oberflächenfräsen, um komplexe Formen für Formen und Matrizen herzustellen. Ein gutes Beispiel dafür ist der U-förmige Rahmen der Bügelmessschraube. Es geht um ein sechsstündiges Programm und der Würfel ist großartig geworden. Natürlich führen wir alle Konturen und kreisförmigen Werkzeugwege durch, die erforderlich sind, um das Teil von Anfang bis Ende mit Mastercam fertigzustellen. Mir fällt wirklich keine dreiachsige CAM-Funktion ein, die wir nicht zumindest angesprochen haben. Der Mikrometer wurde im Bereich von 0–1″ (0–25,4 mm) gemessen und die Gesamtlänge des Geräts betrug etwa 3″ (76,2 mm). Wir haben einen Satz Matrizen aus Werkzeugstahl hergestellt, um den U-förmigen Rahmen herzustellen, und wir haben einen kleinen Stempel, ebenfalls aus Werkzeugstahl, hergestellt, um die Hülse des Mikrometers mit all den verschiedenen Nummern und Markierungen zu markieren.“

Ebenfalls im Mikrometerprojekt enthalten war eine kleine Form für den rotierenden Fingerhut. Es enthielt winzige aufsteigende Zahlen und Positionsmarkierungen innerhalb der Form. „Sie mussten eine Reihe verschiedener Verrundungen in das CAD-Programm einfügen und dann sicherstellen, dass sie diese winzigen Markierungen tatsächlich in die Matrize einarbeiten konnten“, sagte Herger. „Die Studenten nahmen einige Iterationen vor, um herauszufinden, welche der 3D-Fräsflächenansätze effektiv wären, und sicherlich konnten einige von ihnen keine Werkzeugwege generieren.“ Herger berichtete, dass die Studenten gelernt hätten, dass ein paralleler Oberflächen-Werkzeugweg etwas weniger empfindlich auf die „seltsamen“ Geometrien reagierte, die sie programmieren mussten.

Die Klasse produzierte auch einen Markierungsstempel für alle 0,05 Zoll (1,2 mm) Markierungen auf der Mikrometerhülse, der als inverses Gravurprogramm ausgeführt wurde. „Sie bearbeiteten alle Außenbereiche“, sagte er, „und hinterließen die erhabenen Markierungen mit einem 1/8″ (3,175 mm), 60°-Gravurwerkzeug. Ich versuche, sie davon zu überzeugen, dass sie jeden Teil dieser großartigen Technologie, der ihnen zur Verfügung steht, zu ihrem Vorteil nutzen sollten.“

Herger ist besonders begeistert, wenn es um das große Indy-Car-Capstone-Projekt für seine Schüler geht. „Weil wir in Indianapolis sind“, sagte er, „ist es nur natürlich, dass wir in Kontakt mit der automobilen Rennszene sind und sogar unser eigenes Motorsportprogramm haben.“

Auf dem Indianapolis Motor Speedway ist in seinem Museum ein Demonstrationsgetriebe eines Indy-Autos ausgestellt. Es ist an einigen Stellen weggeschnitten, damit jeder sehen kann, was im Inneren vor sich geht. Bis letzten Herbst war es eine statische Anzeige.

„Wir hatten das Glück, das Projekt vom Museum zu bekommen, wo wir das Getriebe animieren und automatisieren würden, so dass es ein interaktives Display wäre, das sich mit langsamer Geschwindigkeit dreht und es den Besuchern ermöglicht, es mit einem Modell des Lenkrads desselben zu verschieben Wagen. Alle Halterungen, die den kleinen Elektromotor zum Drehen des Getriebes verbinden, sowie viele kleinere Komponenten und ein Linearaktuator, um das Gestänge tatsächlich zu schalten, wurden mit Mastercam bearbeitet.“

Mit der Funktion „Dynamisches Fräsen“ von Mastercam können die Schüler die Maschinen ziemlich schnell bewegen. „Bei den Halterungen zum Beispiel“, sagte Herger, „begannen wir mit einem 2 x 2 x 2″ (50,8 x 50,8 x 50,8 mm) großen Aluminiumblock für eine Komponente, die als 5/8″ endete. (15,8 mm) dicke Platte mit ein paar zylindrischen Vorsprüngen auf der Rückseite, die je nach Standort zwischen 12,7 und 19 mm (½ Zoll und ¾ Zoll) herausragten.“ Diese Vorsprünge ermöglichten es, die Platte mit dem Getriebe zu verschrauben, während sie dennoch etwas Abstandsspiel hatten.

„Beim dynamischen Fräsprogramm haben wir einen 12,7-mm-Schaftfräser und eine volle Schnitttiefe verwendet, um das meiste Material zu entfernen. Im Wesentlichen haben wir das gesamte Material bis auf etwa 1¼ Zoll (31,75 mm) entfernt, mit Ausnahme der drei zylindrischen Vorsprünge“, sagte er. Dann benutzten sie einen 12,7-mm-Kugelkopffräser, um unten an den Vorsprüngen eine Ausrundung zu hinterlassen. „Wir haben Mastercam die Werkzeugwege und optimierten Schnittoperationen für dynamisches Fräsen überlassen. Die Verify-Simulationsfunktion von Mastercam verwenden wir für jedes einzelne Programm, kurz bevor wir es ausführen.“ Indem sie alle Schritte jedes Programms bestätigten, stellten sie sicher, dass es kein potenzielles Problem gab.

„Ich muss sagen, dieses Schlusssteinprojekt sowie viele andere Projekte waren fantastisch für unsere Studenten und unser Programm“, sagte Herger.

Weitere Informationen von Mastercam-CNC Software Inc. erhalten Sie unter www.mastercam.com oder telefonisch unter 860-875-5006.