Mastercam CAD/CAM-expertise in IUPUI's IndyCar-afstudeerproject

Als het aankomt op een echt “de spijker op zijn kop slaan” ingenieursprogramma, is het moeilijk om het Mechanical Engineering Technology-programma van IUPUI aan de School of Engineering and Technology te overtreffen. Het bevindt zich op een gedeelde campus, Indiana University—Purdue University Indianapolis (IUPUI).

Programmadocent Ed Herger brengt een sterke productieachtergrond uit de praktijk naar de leszaal. Zijn carrière begon met diverse jaren in de industrie, werkend in het R&D-gebied van materiaalkunde, en ging door naar de productie van producten variërend van thermische instrumenten tot fitnessapparatuur. Vervolgens startte hij een carrière in het onderwijs als adjunct-docent aan een Haas Automation Inc.-geaffilieerde community college in Californië die de nadruk legde op hands-on leren met Haas CNC-werktuigen en operaties met software van CNC Software Inc., Tolland, Conn., ontwikkelaar van Mastercam CAD/CAM-software.

“Studenten die kiezen voor mechanical engineering technology aan IUPUI, in plaats van mechanical engineering, komen meer in aanraking met wat er op de productievloer gebeurt, buiten de ontwerpdisiplines,” zegt Herger. “Ze krijgen veel praktische vaardigheden die ze direct na college kunnen toepassen, of het nu Mastercam, Solidworks of andere softwareprogramma's zijn die we hier leren.”

Studenten besteden de eerste twee jaar aan een reeks academische vakken voordat ze vanaf hun derde jaar zwaar in de technologie duiken. Tot onlangs gebruikte het programma weinig online materiaal en richtte het zich op een traditionele curriculum van colleges en praktische projecten. Wat CAM-software betreft, werd Mastercam for Solidworks geleerd als add-in.

“De richting die we wilden opgaan,” zegt Herger, “was meer CAM-ervaring bieden alsook online en externe certificeringskansen. Dit betekende zich concentreren op Mastercam en de online voordelen van Mastercam University. Dit zou onze studenten de optie geven om een vakbekwaamheidscertificaat te behalen naast een Bachelor of Science-diploma, met online lessen zowel in ons lab als op de eigen laptops en thuiscomputers van de studenten.”

Herger nam twee of drie eenheden uit Mastercam University en liet studenten die zelf doorlopen, waarna ze een opdracht kregen gebaseerd op de CAM-operaties of -functies getoond in die materialen. “In de les zet ik de Mastercam-les, evenals mijn eigen opdrachten, op de computer en projecteer ze op een groot scherm om verschillende operaties met verschillende werkgroepen te delen. In mijn les volgen studenten gewoon de online cursus van begin tot eind. Ik monitor ze terwijl ze de lessen doorlopen en ik ben tevreden over de manier waarop hun certificeringswerk vordert. Ze zijn redelijk succesvol geweest in het voltooien van de Mastercam University-opdrachten en de mijne.”

Voordat studenten in Ed Herger's CAM-lessen komen, voltooien ze eerst diverse cursussen in 3D-modellering, evenals tekenlezen en hands-on productieprocessen. Hierop volgt een focus op parametrische modellering met Solidworks. Eenmaal in Herger's les, krijgen studenten een stevige dosis Mastercam. “Ik geef ze meestal een groot project om aan te werken, zoals gietwerk of stempels voor bepaalde onderdelen. Mijn algemene aanpak is om ze een meer omvattend type project te geven in plaats van diverse kleine, specifieke oefeningen die weinig praktische toepassing bieden,” legt Herger uit.

Bijvoorbeeld, Herger liet ze een micrometer reverse-engineeren, een precisiemeetinstrument. Studenten ontwierpen diverse programma's voor tooling om onderdelen voor de micrometer te maken. Vervolgens vonden ze uit hoe ze geavanceerde functies van Mastercam konden gebruiken om de machine-operaties in de computerlokaal te programmeren. “Ik probeer ze een project met realistische toepassing te geven en geef ze niet te veel harde richtlijnen over hoe ze het moeten doen. Ze leren effectiever als ze proberen dingen zelf uit te zoeken voordat ik erbij spring,” zegt Herger.

Veel van Mastercam's functies als Dynamic Milling maken het mogelijk om het meest uit de capaciteiten van CNC-machines te halen, volgens Herger. “We hebben veel grote, ingewikkelde onderdelen gemaakt uit aluminiumblokken, en veel van wat we focussen is 3D-oppervlaktefrezen om complexe vormen voor gietwerk en stempels te maken. Een goed voorbeeld is het U-vormige frame van de micrometer. Het is een programma van ongeveer zes uur en de stempel kwam er geweldig uit. Natuurlijk doen we alle contouring en cirkelvormige toolpaths die nodig zijn om het onderdeel af te ronden met Mastercam van begin tot eind. Ik kan me geen drie-as CAM-functie voorstellen die we niet tenminste een keer hebben aangesproken. De micrometer meet in het bereik 0-1″ (0-25,4 mm) en de totale lengte van het apparaat was ongeveer 3″ (76,2 mm). We maakten een set stempels in toolstaal om het U-vormige frame te maken en maakten een kleine stempel, ook in toolstaal, om de huls van de micrometer te merken met alle verschillende cijfers en markeringen.”

Ook opgenomen in het micrometerproject was een kleine vorm voor de draaiende dichtslag. Het bevatte kleine oplopende cijfers en positie-aanduidingen binnen de vorm. “Ze moesten een aantal verschillende afrondingen in het CAD-programma plaatsen en daarna controleren of ze die kleine markeringen daadwerkelijk in de stempel konden frezen,” zegt Herger. “De studenten namen een paar iteraties om te ontdekken welke van de 3D-frezes-oppervlaktebenaderingen effectief zou zijn en zeker een paar van hen faalden bij het genereren van toolpaths.” Herger rapporteerde dat studenten leerden dat een parallel-type oppervlakte-toolpath iets minder gevoelig was voor de “vreemde” geometrieën die ze moesten programmeren.

De klas produceerde ook een merkenstempel voor alle 0,05″ (1,2 mm) markeringen op de micrometerhuls, uitgevoerd als een invers graveerprogramma. “Ze freesten alle buitengebieden weg,” zei hij, “en lieten de verhoogde markeringen staan met een 1/8″ (3,175 mm), 60 graden graveertool. Ik probeer hen aan te zetten om elk beetje van deze geweldige technologie die beschikbaar is, tot hun voordeel te gebruiken.”

Herger is met name enthousiast over het grote IndyCar-afstudeerproject voor zijn studenten. “Omdat we in Indianapolis zitten,” zegt hij, “is het maar natuurlijk dat we in contact staan met de autoracescene en zelfs een eigen motorsportprogramma hebben.”

Het Indianapolis Motor Speedway heeft een demonstratietransmissie van een IndyCar op tentoonstelling in het museum. Deze is op diverse plaatsen opengesneden zodat iedereen kan zien wat er binnen gebeurt. Tot vorige herfst was het een statische weergave.

“We waren gelukkig genoeg om het project van het museum te krijgen waar we de transmissie zouden animeren en automatiseren zodat het een interactieve weergave zou worden die langzaam zou draaien en bezoekers in staat stelt om te schakelen met een model van het stuur van dezelfde auto. Alle beugels die de kleine electromotor verbonden om de transmissie te draaien, evenals veel kleinere componenten en een lineaire actuator om de koppeling daadwerkelijk te schakelen, zijn gefreesd met Mastercam.”

Met de Dynamic Milling-functie van Mastercam kunnen studenten de machines behoorlijk hard laten draaien. “Bijvoorbeeld, toen het aankwam op de beugels,” zei Herger, “begonnen we met een 2 x 2 x 2″ (50,8 x 50,8 x 50,8 mm) blok aluminium voor een component die uiteindelijk een 5/8″ (15,8 mm) dikke plaat werd met een paar cilindrische bossen aan de achterkant die er ergens tussen de 1/2″ en 3/4″ (12,7-19 mm) uitsteekten, afhankelijk van de locatie.” Deze bossen maakten het mogelijk om de plaat aan de transmissie te bouten terwijl het nog steeds enige vrijruimte had.

“Met het Dynamic Milling-programma gebruikten we een 1/2″ (12,7 mm) eindfreeskant en de volledige snijdiepte om het grootste deel van het materiaal te verwijderen. Eigenlijk verwijderden we alle materiaal tot ongeveer 1 1/4″ (31,75 mm) met uitzondering van de drie cilindrische bossen,” zei hij. Vervolgens gebruikten ze een 1/2″ (12,7 mm) balneusfreeskant om een afronding aan de onderkant van de bossen te laten. “We lieten Mastercam de toolpaths bedenken en Dynamic Milling optimaliseerde de snijoperaties. De Verify-simulatie-functie van Mastercam is iets wat we voor elk enkel programma gebruiken voordat we het draaien.” Door alle stappen van elk programma te bevestigen, maakten ze zeker dat er geen potentiële problemen waren.

“Ik moet zeggen, dit afstudeerproject, evenals veel andere projecten, zijn fantastisch geweest voor onze studenten en ons programma,” zei Herger.

Voor meer informatie van Mastercam-CNC Software Inc., ga naar www.mastercam.com of bel 860-875-5006.