Mastercam CAD/CAM-Exzellenz im IUPUI IndyCar-Abschlussprojekt der Ingenieure

Wenn es um ein Ingenieurstudium geht, das den Nagel auf den Kopf trifft, ist der Studiengang Mechanical Engineering Technology an der School of Engineering and Technology der IUPUI (Indiana University–Purdue University Indianapolis) kaum zu toppen.

Dozent Ed Herger bringt starken Manufacturing-Hintergrund in den Hörsaal. Seine Karriere begann mit Jahren in der Industrie, im F&E-Bereich der Materialwissenschaft, gefolgt von der Fertigung von Produkten von Thermoinstrumenten bis Fitnessgeräten. Dann wechselte er in die Lehre als Adjunct Professor an einem Haas Automation Inc.-angegliederten Community College in Kalifornien, das praxisnahes Lernen mit Haas-CNC-Maschinen und CNC Software Inc. (Tolland, CT) – Entwickler von Mastercam CAD/CAM – betonte.

„Studierende, die Mechanical Engineering Technology an der IUPUI wählen statt klassischem Mechanical Engineering, bekommen mehr von dem mit, was auf dem Shopfloor passiert – jenseits reiner Design-Disziplinen“, sagt Herger. „Sie erwerben praktische Skills, die sie sofort nach dem Studium anwenden können – ob Mastercam, SolidWorks oder andere Software, die wir hier lehren.“

Die ersten zwei Jahre decken akademische Grundlagen ab, bevor es ab dem Junior-Jahr stark in die Technologie geht. Bis vor kurzem nutzte der Studiengang wenig Online-Material und setzte auf traditionellen Lehrplan mit Vorlesungen und Praxisprojekten. Bei CAM-Software wurde Mastercam for SolidWorks als Add-on gelehrt.

„Unser Ziel war: mehr CAM-Erfahrung sowie Online- und externe Zertifikatsmöglichkeiten bieten. Das bedeutete Fokus auf Mastercam und die Online-Vorteile von Mastercam University. So erhalten Studierende neben dem Bachelor of Science ein Proficiency-Zertifikat – mit Online-Lektionen im Labor und auf eigenen Laptops und Heimcomputern.“ – Ed Herger

Herger lässt Studierende zwei bis drei Units von Mastercam University selbstständig durcharbeiten und gibt dann Aufgaben basierend auf den gezeigten CAM-Operationen. „Im Unterricht projiziere ich die Mastercam-Lektion und meine eigenen Aufgaben auf einen großen Bildschirm, um verschiedene Operationen mit unterschiedlichen Arbeitsgruppen zu teilen. Die Studierenden durchlaufen den Online-Kurs von Anfang bis Ende, ich überwache den Fortschritt und bin mit dem Zertifikatsfortschritt sehr zufrieden. Sie meistern die Mastercam-University-Aufgaben und meine eigenen Aufgaben sehr erfolgreich.“

Vor Hergers CAM-Klassen absolvieren Studierende mehrere Kurse in 3D-Modellierung, technisches Zeichnen und praxisnahe Fertigungsprozesse, gefolgt von parametrischer Modellierung mit SolidWorks. In Hergers Kurs gibt es dann eine intensive Mastercam-Phase. „Ich gebe typischerweise ein großes Projekt – wie Formenbau oder Werkzeuge für bestimmte Teile. Mein Ansatz: ein umfassendes Projekt statt vieler kleiner Übungen mit wenig praktischem Bezug.“

Beispiel: Reverse Engineering eines Messschiebers, eines Präzisionsmessgeräts. Studierende entwarfen mehrere Programme für Werkzeuge zur Fertigung der Messschieber-Teile. Dann nutzten sie erweiterte Mastercam-Features, um Maschinenoperationen im Computerlabor zu programmieren. „Ich gebe ihnen ein Projekt mit Realwelt-Bezug und nicht zu viele harte Vorgaben. Sie lernen effektiver, wenn sie selbst Lösungen finden, bevor ich eingreife.“

Mastercam-Features wie Dynamic Milling holen das Maximum aus CNC-Maschinen heraus, so Herger. „Wir haben viele große, komplexe Teile aus Aluminiumblöcken gefertigt, Fokus auf 3D-Oberflächenfräsen für komplexe Formen bei Formen und Werkzeugen. Ein gutes Beispiel: der U-förmige Rahmen des Messschiebers. Ca. 6-Stunden-Programm, das Werkzeug kam hervorragend raus. Alle Kontur- und Kreisbahn-Fräsoperationen von Anfang bis Ende mit Mastercam. Ich kann mir kaum ein 3-Achs-CAM-Feature vorstellen, das wir nicht mindestens angerissen haben. Der Messschieber misst 0–1 Zoll (0–25,4 mm), Gesamtlänge ca. 3 Zoll (76,2 mm). Wir fertigten Satz von Werkzeugen aus Werkzeugstahl für den U-Rahmen und einen kleinen Stempel, ebenfalls aus Werkzeugstahl, um die Hülse des Messschiebers mit allen Zahlen und Markierungen zu prägen.“

Auch ein kleines Formwerkzeug für den drehbaren Dreschring war Teil des Projekts – mit winzigen aufsteigenden Zahlen und Positionsmarkierungen im Inneren. „Sie mussten diverse Fasen im CAD-Programm setzen und sicherstellen, dass sich diese winzigen Markierungen in das Werkzeug fräsen lassen. Die Studierenden brauchten einige Iterationen, um herauszufinden, welche 3D-Frässtrategien funktionieren – einige generierten keine Werkzeugbahnen.“ Herger berichtet, dass ein paralleler Oberflächen-Fräsweg etwas unempfindlicher gegenüber den „merkwürdigen“ Geometrien war, die programmiert werden mussten.

Die Klasse fertigte auch ein Prägewerkzeug für alle 0,05-Zoll-Markierungen (1,2 mm) auf der Messschieberhülse – als inverses Gravurprogramm. „Sie frästen alle Außenbereiche weg und ließen die erhabenen Markierungen mit einem 1/8-Zoll-(3,175-mm)-60°-Gravurwerkzeug stehen. Ich versuche ihnen nahezubringen, dass sie jeden Bit dieser großartigen Technologie zu ihrem Vorteil nutzen sollen.“

Herger ist besonders begeistert vom großen IndyCar-Abschlussprojekt. „Weil wir in Indianapolis sind, ist es nur natürlich, dass wir mit der Autorennszene in Kontakt stehen und sogar ein eigenes Motorsports-Programm haben.“

Das Indianapolis Motor Speedway Museum zeigt ein Demonstrationsgetriebe eines Indy Cars – an mehreren Stellen aufgeschnitten, damit man ins Innere schauen kann. Bis letzten Herbst war es eine statische Ausstellung.

„Wir bekamen das Projekt vom Museum: Getriebe animieren und automatisieren, damit es als interaktive Ausstellung langsam rotiert und Besucher mit einem Modell des Lenkrads desselben Autos schalten können. Alle Halterungen, die den kleinen E-Motor mit dem Getriebe verbinden, sowie viele Kleinkomponenten und ein Linearantrieb zum Schalten der Verstellung wurden mit Mastercam gefertigt.“

Mit Mastercams Dynamic Milling können Studierende die Maschinen stark pushen. „Bei den Halterungen starteten wir mit einem 2×2×2-Zoll-(50,8×50,8×50,8-mm)-Aluminiumblock für ein Bauteil, das als 5/8-Zoll-(15,8-mm)-dicke Platte mit ein paar zylindrischen Ansätzen auf der Rückseite endete, die je nach Position 1/2 bis 3/4 Zoll (12,7–19 mm) hervorstanden. Diese Ansätze ermöglichten die Verschraubung am Getriebe bei gleichzeitigem Freiraum.“

„Mit dem Dynamic-Milling-Programm nutzten wir einen 1/2-Zoll-(12,7-mm)-Schaftfräser und volle Schnitttiefe, um den Großteil des Materials zu entfernen – im Wesentlichen alles bis auf ca. 1 1/4 Zoll (31,75 mm) mit Ausnahme der drei zylindrischen Ansätze. Dann kam ein 1/2-Zoll-Kugelfräser für den Radius am Ansatzboden. Wir ließen Mastercam die Werkzeugbahnen berechnen, Dynamic Milling optimierte die Schnittoperationen. Die Verify-Simulation nutzen wir für jedes einzelne Programm vor dem Lauf – alle Schritte bestätigen, keine potenziellen Probleme.“

„Ich muss sagen: Dieses Abschlussprojekt wie viele andere waren fantastisch für unsere Studierenden und unser Programm.“ – Ed Herger

Weitere Infos von Mastercam/CNC Software Inc.: www.mastercam.com oder Telefon 860-875-5006.