UConn Formula SAE

CAD/CAM-mjukvara håller design och produktion av racerbilar på rätt spår

Studenterna vid University of Connecticut School of Engineering i Storrs, Connecticut, har en mängd möjligheter till fritidsaktiviteter. Få av dem kan mäta sig med den praktiska erfarenhet som UConn Formula SAE-projektet ger. Designtävlingen Formula SAE (FSAE), som organiseras av SAE International (tidigare Society of Automotive Engineers), utmanar team av universitetsstudenter och doktorander att designa, bygga och testa en racerbil i Formula-stil för icke-professionella helgtävlingar i bilcross.

Snabba fakta

• Använd produkt: Mastercam för SOLIDWORKS, fräs
• Industriell verksamhet: Utbildning, fordonsindustri

Projektdetaljer

• Utmaningen: Design, produktion och test av en racerbil i Formula-stil för Formula SAE-seriens designtävling.
• Lösningen: Mastercam, den mest använda CNC-programvaran för CAD/CAM-operationer.
• Fördelar:
  • Eleverna programmerar delar i Mastercam för SOLIDWORKS och får sedan tillgång till bearbetningsträdet för snabb åtkomst till alla punkter i bearbetningsprocessen.
  • Fullt associativa verktygsbanor möjliggör ändringar utan avbrott.
  • Lagermodellering, verifiering av verktygsbana och simulering för att säkerställa användarnas förtroende.
  • Tool Manager-funktionen ger ett effektivt sätt att skapa och organisera verktygsenheter.

Under många år har UConn FSAE-team rest till Michigan International Speedway i Brooklyn, Michigan, för att delta i den årliga internationella Formula SAE-tävlingen. Mastercam har varit lagets titelsponsor under de senaste åren. Under 2019 hölls evenemanget den 8 – 11 maj.

“Varje år står vi på jättars axlar”, säger Dylan Palin, som studerar maskinteknik och är ordförande för University of Connecticuts FSAE-team. “Det finns en lång historia av briljanta medlemmar som har gjort stora framsteg med svår design, studier och tester.”

Utgångspunkten för UConn-racerbilen är utvecklingen av chassit, vilket kräver att designen av ram och fjädring färdigställs. Teamet valde 4130 kromlegerat stål för konstruktionen av ramen. För hjulen används gjutna magnesiumstolpar för optimerad viktminskning; 6061 aluminium- och 4130 stålrör används för upphängningen. Ytterligare magnesiumdelar inkluderar stängerna för differentialfästena och motorns oljetråg. Den interna tillverkningen sker i CNC-bearbetningscenter och manuella fräsar och svarvar. Teammedlemmarna använder Mastercam för att designa sina delar och sköta verktygsmaskinerna.

“Det här är en stor hjälp för oss eftersom det är svårt att lära sig att skriva G-kod”, säger Palin. “Mastercam gör det tillgängligt för oss alla. Vi gör all vår design i SOLIDWORKS.”

Användarna kan programmera detaljer direkt i Mastercam för SOLIDWORKS och sedan få tillgång till Mastercams bearbetningsträd för snabb åtkomst till alla punkter i bearbetningsprocessen. Fullt associativa verktygsbanor gör det möjligt att göra ändringar utan att det tar lång tid, och funktionen för lagermodellering, verifiering av verktygsbanor och simulering gör att användaren kan känna sig trygg i varje projekt. Tool Manager-funktionen ger ett effektivt sätt att skapa och organisera verktygsuppsättningar. När en detalj är programmerad kan jobbelementen modifieras och verktygsbanorna uppdateras omedelbart.

“Mastercam används internt under tillverkningsfasen för att bearbeta våra styrstångsfästen, differentialkuddeblock, vevstakar och andra smådelar”, säger Kenneth Brown, chefsingenjör på UConn FSAE. “Applikationsteamet på Mastercam hanterar några av våra mer komplexa delar, inklusive vår kombination av navspindel och kedjehjulsadapter.”

För delar som bearbetas internt använder medlemmarna i UConn-teknikteamet främst 2D-konturverktygsbanor eftersom deras racerbilsdelars geometrier inte är särskilt komplexa. 2D-kontur är en enkel verktygsbana som är lätt att lära sig och använda. Brown tillägger att teamet förlitar sig på Verify, en Mastercam-funktion, för att kontrollera om det finns skåror och se detaljernas färdiga former i Verify-simuleringsskärmen.Produktiviteten ökar och problemen åtgärdas innan detaljerna ens har skurits. Programmerarna kan verifiera på en separat tråd samtidigt som de fortsätter att programmera, vilket sparar värdefull produktionstid.

“Vi tycker mycket om att använda Mastercams Verify-funktion när vi bearbetar delar till racerbilen, eftersom den gör det möjligt för oss att kontrollera verktygskollisioner och se till att den valda verktygsbanan och parametrarna bearbetar de önskade funktionerna”, säger Brown.

En utmaning som teamet ställdes inför var standardbearbetning och toleranssättning av differentialens frontfästen och kuddeblock. I det här fallet var det inte ett alternativ att köra standardverktygsbanor för kedjehjulsadaptern. Designen har ett standardbultmönster men det uppstod problem med toleranser och bladhastighet. För delar som kräver maskinbearbetning utöver universitetets verkstadskapacitet vänder sig teamet till experterna på Mastercam.

“Mastercam har utfört en hel del maskinbearbetning åt oss, särskilt på komponenter med specialdesign som kedjehjulsadaptern, en av våra mer unika designer”, säger Palin.

Det pågående samarbetet mellan ingenjörsstudenterna vid University of Connecticut och Mastercam har en beprövad meritlista. Under den föregående säsongen producerade UConn-teamet den snabbaste icke-aerodynamiska bilen utan ett aerodynamiskt paket och var ett av de enda teamen som klarade uthållighetskravet, utan tvekan den svåraste delen av FSAE-tävlingen.

“Vi kör med en dragstångsfjädring, vilket väldigt få lag gör”, säger Palin. “Vi har inte en budget på en miljon dollar. Vi är stolta över det faktum att vi klarar oss med det vi har i verkstaden.”

Den 16 kilometer långa uthållighetstävlingen testar varje bils hållbarhet och livslängd. Enligt Palin är det här som teamen riskerar att förlora flest poäng på grund av trötthet. Faktorer som vikt, tillverkningsbarhet, kostnad och strukturell kapacitet måste beaktas i designen av bilen. UConn-bilen 2018 visade prov på snabbhet och uthållighet genom att accelerera från 0 till 100 km/h på mindre än 3 sekunder. Den beräknade topphastigheten var 80-plus miles per timme.

Den långvariga relationen mellan UConn FSAE och Mastercam ger ingenjörsstudenter fördelar långt efter examen. Flera medlemmar i FSAE-teamet har praktiserat hos CNC Software, utvecklarna av Mastercam, och fått värdefull branschkunskap.

Mastercam kommer att fortsätta att samarbeta med University of Connecticut och andra utbildningsinstitutioner för att hjälpa till att bana väg för blivande ingenjörer. Praktiska erfarenheter, som Formula SAE-projektet, är nyckeln till att tillämpa kunskaper från klassrummet på en framtida arbetsplats.

“Du kan lära dig den teoretiska matematiken bakom teknisk design, men när det gäller kritiskt tänkande, problemlösning och samarbete med andra är det ibland så att matematik och modeller inte motsvarar verkligheten”, säger Palin. “Att fysiskt hålla i något som du har räknat på, analyserat och designat ger dig ett grepp om vad ingenjörskonst kan vara i den verkliga världen.”

Offert från kund

“Det här är till stor hjälp för oss eftersom det är en inlärd färdighet att skriva G-kod. Mastercam gör det tillgängligt för oss alla.”

-Dylan Palin, student i maskinteknik och ordförande i Formula SAE Team, University of Connecticut, Storrs, Connecticut