Oprogramowanie CAD/CAM ułatwia projektowanie i produkcję samochodów wyścigowych
Studenci University of Connecticut School of Engineering w Storrs w stanie Connecticut korzystają z wielu możliwości pozalekcyjnych. Niewiele z nich może się jednak równać z praktycznym doświadczeniem zapewnianym przez projekt UConn Formula SAE. Organizowane przez SAE International (dawniej Society of Automotive Engineers) zawody projektowe z serii Formula SAE (FSAE) stanowią wyzwanie dla zespołów uniwersyteckich studentów studiów licencjackich i magisterskich, aby zaprojektować, zbudować i przetestować samochód wyścigowy w stylu Formuły dla nieprofesjonalnych weekendowych wyścigów autocrossowych.
Szybkie fakty
- Używany produkt: Mastercam dla SOLIDWORKS, Mill
- Branża: Edukacja, Motoryzacja
Szczegóły projektu
- Wyzwanie: Zaprojektuj, wyprodukuj i przetestuj samochód wyścigowy w stylu Formuły na zawody projektowe serii Formula SAE.
- Rozwiązanie: Mastercam, najczęściej używane oprogramowanie CNC do operacji CAD/CAM.
- Korzyści:
- Studenci programują części w Mastercam dla SOLIDWORKS, a następnie uzyskują dostęp do drzewa obróbki, aby uzyskać szybki dostęp do dowolnego punktu w procesie obróbki.
- W pełni asocjatywne ścieżki narzędzi pozwalają na zmiany bez spowolnień.
- Modelowanie zapasów, weryfikacja ścieżki narzędzia i funkcja symulacji w celu zapewnienia pewności użytkownika.
- Funkcja Tool Manager zapewnia wydajny sposób tworzenia i organizowania zespołów narzędzi.
Od wielu lat zespół UConn FSAE podróżuje do Michigan International Speedway w Brooklyn, Michigan, aby rywalizować w corocznych międzynarodowych zawodach Formula SAE. Mastercam jest sponsorem tytularnym zespołu od kilku lat. W 2019 roku wydarzenie odbyło się w dniach 8-11 maja.
“Każdego roku stajemy na ramionach gigantów” – powiedział Dylan Palin, student inżynierii mechanicznej i przewodniczący zespołu FSAE Uniwersytetu Connecticut. “Mamy długą historię genialnych członków, którzy poczynili wiele postępów w trudnych projektach, badaniach i testach”.
Punktem wyjścia dla samochodu wyścigowego UConn jest opracowanie podwozia, które wymaga sfinalizowania projektu ramy i zawieszenia. Do budowy ramy zespół wybrał stal chromową 4130. W kołach zastosowano odlewane słupki magnezowe w celu zoptymalizowania redukcji masy; w zawieszeniu zastosowano rury z aluminium 6061 i stali 4130. Dodatkowe części magnezowe obejmują pręty mocujące dyferencjał i miskę olejową silnika. Produkcja wewnętrzna odbywa się na centrach obróbczych CNC oraz ręcznych frezarkach i tokarkach. Członkowie zespołu używają programu Mastercam do projektowania części i obsługi obrabiarek.
“To dla nas ogromna pomoc, ponieważ pisanie kodu G jest umiejętnością nabytą” – powiedział Palin. “Mastercam sprawia, że jest to dostępne dla nas wszystkich. Wszystkie nasze prace projektowe wykonujemy w SOLIDWORKS”.
Użytkownicy mogą programować części bezpośrednio w Mastercam dla SOLIDWORKS, a następnie uzyskać dostęp do drzewa obróbki Mastercam w celu szybkiego dostępu do dowolnego punktu w procesie obróbki. W pełni asocjatywne ścieżki narzędzia pozwalają na zmiany bez spowolnień, a funkcje modelowania zapasów, weryfikacji ścieżki narzędzia i symulacji zapewniają zaufanie użytkownika do każdego projektu. Funkcja Tool Manager zapewnia wydajny sposób tworzenia i organizowania zespołów narzędzi. Po zaprogramowaniu części można modyfikować elementy zadania, a ścieżki narzędzi są natychmiast aktualizowane.
“Mastercam jest używany w naszej firmie podczas fazy produkcyjnej do obróbki naszych mocowań zębatek kierowniczych, bloków poduszek mechanizmu różnicowego, korb dzwonowych i innych małych części”, powiedział Kenneth Brown, główny inżynier UConn FSAE. “Zespół Aplikacji w Mastercam zajmuje się niektórymi z naszych bardziej złożonych części, w tym kombinacją wrzeciona piasty i adaptera zębatki”.
W przypadku części obrabianych we własnym zakresie, członkowie zespołu inżynierów UConn używają głównie ścieżek narzędzia konturowego 2D, ponieważ geometrie ich części samochodów wyścigowych nie są bardzo złożone; kontur 2D jest prostą ścieżką narzędzia, której łatwo się nauczyć i używać. Brown dodaje, że zespół polega na Verify, funkcji Mastercam, do sprawdzania wyżłobień i przeglądania gotowych kształtów części na ekranie symulacji Verify.Produktywność wzrasta, a problemy są rozwiązywane jeszcze przed wycięciem części. Programiści mogą weryfikować w osobnym wątku, kontynuując programowanie, oszczędzając cenny czas produkcji.
“Naprawdę lubimy korzystać z funkcji weryfikacji Mastercam podczas obróbki części do samochodu wyścigowego, ponieważ pozwala nam ona sprawdzić kolizje narzędzi i upewnić się, że wybrana ścieżka narzędzia i parametry obrabiają pożądane elementy” – powiedział Brown.
Jednym z wyzwań, przed którymi stanął zespół, była standardowa obróbka i tolerancja przednich wsporników i bloków poduszek mechanizmu różnicowego. W tym przypadku zastosowanie standardowych ścieżek narzędzia dla adaptera koła łańcuchowego nie wchodziło w grę. Konstrukcja ma standardowy wzór śrub, ale pojawiły się kwestie dotyczące tolerancji i prędkości ostrza. W przypadku części, które wymagają obróbki wykraczającej poza możliwości warsztatu uniwersyteckiego, zespół zwraca się do ekspertów z Mastercam.
“Mastercam wykonał dla nas wiele obróbek, zwłaszcza specjalnych komponentów, takich jak adapter zębatki, jeden z naszych bardziej unikalnych projektów” – powiedział Palin.
Trwająca współpraca między studentami inżynierii Uniwersytetu Connecticut i Mastercam ma udokumentowane osiągnięcia. W poprzednim sezonie zespół UConn wyprodukował najszybszy nieaerodynamiczny samochód bez pakietu aerodynamicznego i był jednym z niewielu zespołów, które ukończyły wymaganie wytrzymałościowe, prawdopodobnie najtrudniejszy etap zawodów FSAE.
“Stosujemy zawieszenie typu pull-rod, co robi bardzo niewiele zespołów” – powiedział Palin. “Nie mamy budżetu wartego miliony dolarów. Jesteśmy dumni z tego, że radzimy sobie z tym, co mamy w warsztacie”.
16-kilometrowe zawody wytrzymałościowe testują trwałość i żywotność każdego samochodu. Według Palina, to właśnie tutaj zespoły mogą stracić najwięcej punktów z powodu zmęczenia. Przy projektowaniu samochodu należy wziąć pod uwagę czynniki takie jak waga, możliwości produkcyjne, koszty i możliwości konstrukcyjne. Samochód UConn z 2018 roku wykazał się szybkością i wytrzymałością, przyspieszając od 0 do 60 mil na godzinę w mniej niż 3 sekundy. Szacowana prędkość maksymalna wynosiła ponad 80 mil na godzinę.
Długotrwała relacja pomiędzy UConn FSAE i Mastercam zapewnia ciągłe korzyści studentom inżynierii długo po ukończeniu studiów. Kilku członków zespołu FSAE odbyło staż w CNC Software, twórcy Mastercam, zdobywając cenną wiedzę branżową.
Mastercam będzie nadal współpracować z Uniwersytetem Connecticut i innymi instytucjami edukacyjnymi, aby pomóc utorować drogę początkującym inżynierom. Praktyczne doświadczenia, takie jak projekt Formula SAE, są kluczem do zastosowania wiedzy z zajęć w przyszłym środowisku pracy.
“Możesz nauczyć się teoretycznej matematyki stojącej za projektowaniem inżynieryjnym, ale jeśli chodzi o krytyczne myślenie, rozwiązywanie problemów i pracę z innymi, czasami matematyka i modele nie odzwierciedlają rzeczywistości” – powiedział Palin. “Fizyczne trzymanie czegoś, nad czym wykonałeś obliczenia matematyczne, przeanalizowałeś i zaprojektowałeś, daje ci kontrolę nad tym, czym inżynieria może być w prawdziwym świecie”.
Cytat klienta
“To dla nas ogromna pomoc, ponieważ pisanie kodu G jest umiejętnością nabytą. Mastercam sprawia, że jest to dostępne dla nas wszystkich”.
-Dylan Palin, student inżynierii mechanicznej i przewodniczący zespołu Formula SAE, University of Connecticut, Storrs, Connecticut
