Dominio de Mastercam CAD/CAM en el proyecto final de ingeniería IndyCar de IUPUI

Cuando se trata de un programa de ingeniería que realmente "da en el clavo", sería difícil superar el programa de Tecnología de Ingeniería Mecánica de IUPUI en la Escuela de Ingeniería y Tecnología. Se encuentra en un campus compartido, Universidad de Indiana - Universidad de Purdue en Indianápolis (IUPUI).

El profesor Ed Herger aporta una sólida experiencia en fabricación al aula. Su carrera comenzó con varios años en la industria, trabajando en I+D en ciencia de materiales, y continuó con la fabricación de productos que van desde instrumentos térmicos hasta equipos de ejercicio. Luego inició una carrera en la educación como profesor adjunto en un colegio comunitario afiliado a Haas Automation Inc. en California que enfatizaba el aprendizaje práctico con máquinas herramienta CNC Haas y operaciones con software de CNC Software Inc., Tolland, Connecticut, desarrollador del software CAD/CAM Mastercam.

“Los estudiantes que eligen estudiar tecnología de ingeniería mecánica en IUPUI, en lugar de ingeniería mecánica, están expuestos a más de lo que ocurre en la planta de fabricación, más allá de las disciplinas de diseño”, dice Herger. “Adquieren muchas habilidades prácticas que pueden aplicar inmediatamente después de la universidad, ya sea Mastercam, Solidworks u otros programas de software que enseñamos aquí”.

Los estudiantes del programa pasan los dos primeros años cubriendo una variedad de materias académicas antes de adentrarse profundamente en la tecnología a partir de su tercer año. Hasta hace poco, el programa utilizaba poco material en línea y se centraba en un plan de estudios tradicional de clases magistrales y proyectos prácticos. En cuanto al software CAM, se enseñaba Mastercam para Solidworks como un complemento del programa.

“La dirección que queríamos tomar”, dice Herger, “era proporcionar más experiencia en CAM, así como oportunidades de certificación en línea y externas. Esto significaba centrarse en Mastercam y los beneficios en línea de Mastercam University. Esto daría a nuestros estudiantes la opción de obtener un certificado de competencia además de un título de Licenciatura en Ciencias, con lecciones en línea tanto en nuestro laboratorio como en los portátiles y computadoras domésticas de los estudiantes”.

Herger tomaba dos o tres unidades de Mastercam University y hacía que los estudiantes las recorrieran por su cuenta y luego les daba una tarea basada en las operaciones o características CAM mostradas en esos materiales. “En la clase, pongo la lección de Mastercam, así como mis propias tareas, en el computador y las proyecto en una pantalla grande para compartir varias operaciones con diferentes grupos de trabajo. En mi clase, los estudiantes simplemente siguen el curso en línea de principio a fin. Los monitorizo mientras avanzan en las lecciones y he estado satisfecho con la forma en que ha progresado su trabajo de certificación. Han tenido bastante éxito completando las tareas de Mastercam University y las mías”.

Antes de llegar a las clases de CAM de Ed Herger, los estudiantes completan primero varios cursos de modelado 3D, así como lectura de planos y procesos de fabricación prácticos. Esto es seguido por un enfoque en modelado paramétrico usando Solidworks. Una vez en la clase de Herger, los estudiantes comienzan a recibir una fuerte dosis de Mastercam. “Normalmente les doy un gran proyecto en el que trabajar, como trabajo de moldes o matrices para ciertas piezas. Mi enfoque general es darles un tipo de proyecto más abarcador en lugar de varios ejercicios pequeños y específicos que ofrecen poca aplicación práctica”, explica Herger.

Por ejemplo, Herger les hizo hacer ingeniería inversa de un micrómetro, un dispositivo de medición de precisión. Los estudiantes diseñaron varios programas de herramientas para fabricar piezas del micrómetro. Luego descubrieron cómo usar características avanzadas de Mastercam para programar las operaciones de máquina en el laboratorio de computación. “Intento darles un proyecto con aplicación real y no les doy demasiadas pautas duras sobre cómo hacerlo. Aprenden más eficazmente cuando intentan resolver las cosas por sí mismos antes de que yo intervenga”, dice Herger.

Muchas de las funciones de Mastercam como el Fresado Dinámico permiten sacar el máximo partido a las capacidades de las máquinas CNC, según Herger. “Hemos fabricado muchas piezas grandes y complejas a partir de bloques de aluminio, y gran parte de lo que nos centramos es el fresado de superficies 3D para crear formas complejas para moldes y matrices. Un buen ejemplo es el marco en forma de U del micrómetro. Es un programa de unas seis horas y la matriz salió genial. Por supuesto, hacemos todo el contorneado y las trayectorias de herramienta tipo círculo necesarias para completar la pieza usando Mastercam de principio a fin. No puedo pensar en ninguna característica CAM de tres ejes que no hayamos tocado al menos. El micrómetro medía en el rango 0-1" (0-25,4 mm) y la longitud total del dispositivo era de unas 3" (76,2 mm) aproximadamente. Hicimos un juego de matrices en acero para herramientas para hacer el marco en U y un pequeño punzón, también en acero para herramientas, para marcar la manga del micrómetro con todos los diferentes números y marcas”.

También se incluyó en el proyecto del micrómetro un pequeño molde para el tambor giratorio. Contenía diminutos números ascendentes y marcas de posición dentro del molde. “Tenían que poner una serie de redondeos diferentes dentro del programa CAD y luego asegurarse de que podían mecanizar realmente esas pequeñas marcas en la matriz”, dice Herger. “Los estudiantes hicieron varias iteraciones para averiguar cuál de los enfoques de fresado de superficies 3D sería efectivo y ciertamente algunos de ellos no lograron generar trayectorias de herramienta”. Herger informó que los estudiantes aprendieron que una trayectoria de herramienta de superficie tipo paralela era un poco menos sensible a las "extrañas" geometrías que necesitaban programar.

La clase también produjo una matriz de marcado para todas las marcas de 0,05" (1,2 mm) en la manga del micrómetro, ejecutada como un programa de grabado inverso. “Mecanizaron todas las áreas exteriores”, dice, “y dejaron las marcas en relieve usando una herramienta de grabado de 1/8" (3,175 mm), 60°. Intento impresionarles que deben usar cada parte de esta gran tecnología disponible para su ventaja”.

Herger muestra especial entusiasmo cuando se trata del gran proyecto final del Indy car para sus estudiantes. “Porque estamos en Indianápolis”, dice, “es natural que estemos en contacto con la escena de las carreras de autos e incluso tengamos nuestro propio programa de deportes de motor”.

El Indianapolis Motor Speedway tiene una transmisión de demostración de un Indy car en exhibición en su museo. Está cortada en varios lugares para que cualquiera pueda ver lo que ocurre dentro. Hasta el otoño pasado era una exhibición estática.

“Tuvimos la fortuna de conseguir el proyecto del museo para animar y automatizar la transmisión de modo que fuera una exhibición interactiva que girara a baja velocidad y permitiera a los visitantes cambiarla con un modelo del volante del mismo coche. Todos los soportes que conectaban el pequeño motor eléctrico para girar la transmisión, así como muchos componentes más pequeños y un actuador lineal para mover realmente el enlace, fueron mecanizados usando Mastercam”.

Utilizando la función de Fresado Dinámico de Mastercam, los estudiantes pueden empujar las máquinas bastante rápido. “Por ejemplo, cuando se trataba de los soportes”, dice Herger, “empezamos con un bloque de aluminio de 2 x 2 x 2" (50,8 x 50,8 x 50,8 mm) para un componente que terminó siendo una placa de 5/8" (15,8 mm) de espesor con un par de jefes cilíndricos en la parte trasera que se extendían entre 1/2" y 3/4" (12,7-19 mm) dependiendo de la ubicación”. Estos jefes permitían atornillar la placa a la transmisión dándole cierta separación.

“Con el programa de Fresado Dinámico, usamos una fresa de 1/2" (12,7 mm) y toda la profundidad de corte para deshacernos de la mayor parte del material. Esencialmente, estábamos eliminando todo el material hasta unos 1 1/4" (31,75 mm) con la excepción de los tres jefes cilíndricos”, explica. Luego usaron una fresa esférica de 1/2" (12,7 mm) para dejar un redondeo en la base de los jefes. “Dejamos que Mastercam ideara las trayectorias de herramienta y el Fresado Dinámico optimizó las operaciones de corte. La función de simulación Verify de Mastercam es algo que usamos para cada programa antes de ejecutarlo”. Al confirmar todos los pasos de cada programa, se aseguraron de que no hubiera problemas potenciales.

“Tengo que decir que este proyecto final, así como muchos otros, han sido fantásticos para nuestros estudiantes y nuestro programa”, afirma Herger.

Para más información de Mastercam-CNC Software Inc., visite www.mastercam.com o llame al 860-875-5006.