BAB II DASAR TEORI
2.1Proses Bubut Mesin bubut adalah suatu mesin perkakas yang digunakan untuk memotong benda atau menyayat benda yang berputar. Bubut sendiri merupakan suatu proses pemakaan benda kerja yang sayatannya dengan cara memutar benda kerja kemudian pada pahat digerakan dengan translasi sejajar dengan sumbu putar dari benda kerja. Gerakan putar dari benda kerja disebut gerak potong relatif dan gerakkan translasi dari pahat disebut gerak umpan. Dengan mengatur perbandingan kecepatan rotasi benda kerja dan kecepatan translasi pahat maka akan diperoleh berbagai macam ulir dengan ukuran kisar yang berbeda. Hal ini dapat dilakukan dengan jalan menukar roda gigi translasi yang menghubungkan poros spindel dengan poros ulir Proses bubut adalah proses pemesinan untuk menghasilkan bagian-bagianmesin berbentuk silindris yang dikerjakan denganmenggunakan Mesin Bubut. Prinsip dasarnya proses pembentukan benda kerja dengan mengurangi material (material removal). Pengurangan material dilakukan pada benda kerja yang berputar dengan alat potong (pahat) yang bergerak secara linear (melintang, memanjang, atau membentuk sudut), sehingga benda kerja yang dihasilkan umumnya memiliki penampang berbentuk lingkaran. Prinsip kerja atau gerakan utama untuk melakukan pemakanan dalam proses bubut ada 3, yaitu: a. Main motion, yaitu: gerakan benda kerja berputar b. Adjusting motion,yaitu: gerakan pahat memasukkan kedalaman pemakanan c. Feed motion, yaitu: gerakan pahat menyayat benda kerja atau disebut juga gerak umpan
Gambar 2.1 (a) Gerakan Benda Kerja Berputar,(b)Depth of Cut (sumber : Amal Mulia, 2014)
Beberapa proses pemesinan selain proses bubut pada Gambar2.1 pada Mesin Bubut dapat juga dilakukan proses pemesinan yanglain, yaitu bubut dalam (internal turning), proses pembuatan lubangdengan mata bor (drilling), proses memperbesar lubang
(boring),pembuatan
(grooving/partingoff).Proses
ulir
(thread
tersebut
cutting),
dilakukan
di
dan Mesin
pembuatan Bubut
alur
dengan
bantuan/tambahanperalatan lain agar proses pemesinan bisa dilakukan (lihat Gambar 2.2.).
Gambar 2.2 Proses pemesinan pada Mesin Bubut (a) pembubutan pinggul (chamfering), (b) pembubutan alur (parting-off), (c) pembubutan ulir (threading), (d) pembubutan lubang (boring), (e) pembuatan lubang (drilling), dan (f) pembuatan kartel (knurling).
2.2 Parameter pada mesin bubut Didalam proses pemesinan terdapat Lima elemen dasar proses permesinan yaitu: a. Kecepatan potong (cutting speed) ; v (m/min) b. Kecepatan makan (feeding speed) ; vf (mm/min) c. Kedalaman potong (depth of cut) ; a (mm) d. Waktu pemotongan (cutting time) ; tc (min) e. Kecepatan penghasilan geram (rate of metal removal) ; Z (cm3/min). Elemen proses permesinan tersebut (v, vf, a, tc, dan Z) dihitung berdasarkan dimensi benda kerja dan / atau pahat serta besaran dari mesin perkakas. Pada proses pembubutan yang perlu diperhatikan diantaranya kecepatan putar spindel (speed), gerak makan (feed), kedalaman potong (dept of cut), jenis pahat dan bahan benda kerja yang digunakan. Elemen dasar pada proses bubut dapat diketahui menggunakan rumus yang dapat diturunkan dimana kondisi pemotongan ditentukan sebagai berikut : Benda kerja ;
Pahat ;
Mesin bubut ;
do
= diameter awal ; mm,
dm
= diameter akhir ; mm,
lt
= panjang permesinan ; mm,
Kr
= sudut potong utama ; o,
γo
= sudut geram ; o,
a
= kedalaman potong ; mm,
a
=
f
= gerak makan ; mm,
n
= putaran poros utama (benda kerja) ; r/min.
; mm, .......................................(2.1)
Elemen dasar dapat dihitung dengan rumus-rumus berikut : Kecepatan potong : ; m/min, .........................................................................(2.2) dimana, d = diameter rata-rata ; mm, yaitu, ; mm, ..............................................................(2.3)
Kecepatan makan : vf = f.n; mm/min, ............................................................................(2.4) Waktu pemotongan : tc = ;min, .....................................................................................(2.5) Kecepatan penghasil geram : Z = A . v ; cm3/menit, .......................................................................(2.6) dimana, A = a . f ; mm2, ....................................................................(2.7)
Dari parameter yang disebutkan diatas, parameter utama yang secara umum dapat diatur pada mesin bubut yaitu kecepatan putar spindel (speed), gerak makan (feed) dan kedalaman potong (depth of cut). Faktor yang lain seperti bahan benda kerja dan jenis pahat sebenarnya juga memiliki pengaruh yang cukup besar, tetapi tiga parameter di atas adalah bagian yang bisa diatur oleh operator langsung pada Mesin Bubut.Dalam Teori dan Teknologi Proses Permesinan (Rochim, 1993). 2.3 Geometri pahat pada mesin bubut Geometri pahat pada mesin bubut terutama bergantung pada material benda kerja dan material pahat. Yang ditunjukan pada standar terminologi. Untuk pahat bubut bermata potong tunggal, sudut pahat yang paling pokok adalah sudut beram (rake angle), sudut bebas (clearance angle), dan sudut sisi potong (cutting edge angle). Sudut-sudut pahat HSS yang diasah dengan menggunakan mesin gerinda pahat (Tool Grinder Machine). Sedangkan bila pahat tersebut adalah pahat sisipan yang dipasang pada tempat pahatnya, geometri pahat dapat dilihat pada gambar 2.3 dan gambar 2.4.
Gambar 2.3. Geometri Pahat Bubut HSS (Pahat diasah dengan mesin gerinda pahat). (sumber : Widarto, 2008)
Gambar 2 . 4 Geometri Pahat Bubut Sisipan (Insert), Pahat Tangan Kanan dan Pahat Tangan Kiri (Sumber : Widarto, 2008)
2.4Pengertian Mesin bubut CNC Perkembangan teknologi industri saat ini telah mengalami kemajuan banyak indutri di jaman sekarang semua pekerjaan dilakukan dengan komputer yang telah di aplikasikan di setiap alat atau mesin-mesin di industri misalnya mesin bubut, mesin frais,bor,dll. Dari sistem pengoperasian teknologi komputer dengan teknologi mekanik itu lah yang biasanya disebut dengan CNC (Computer Numerically Control). Didalam Sistem untuk pengoperasian CNC menggunakan program yang dikontrol langsung oleh komputer. Secara umum konstruksi mesin perkakas CNC dan sistem kerjanya adalah sinkronisasi antara komputer dan mekaniknya. Jika
dibandingkan dengan mesin perkakas konvensional yang setaraf dan sejenis, mesin perkakas CNC lebih unggul baik dari segi ketelitian(accurate), ketepatan (precision), fleksibilitas, dan kapasitas produksi. Sehingga di era modern seperti saat ini banyak industri-industri mulai meninggalkan mesin-mesin perkakas konvensional dan beralih menggunakan mesin-mesin perkakas CNC.Secara garis besar pengertian mesin CNC adalah suatu mesin yang dikontrol oleh komputer dengan menggunakan bahasa numerik (perintah gerakan yang menggunakan angka dan huruf). Sebagai contoh: apabila pada layar monitor mesin kita tulis M03 maka spindelutama mesin akan berputar, dan apabila kita tulis M05 maka spindel utama mesin akan berhenti berputar. Mesin CNC tingkat dasar yang ada pada saat ini dibagi menjadi duakelompok, yaitu Mesin CNC Two Axis atau yang lebih dikenal dengan Mesin Bubut (Lathe Machine) dan Mesin CNC Three Axis atau yang lebih dikenal dengan Mesin Frais (Milling Machine).(Lilih,2003)
2.4.1
Mesin Bubut CNC Mesin Bubut CNC dapat dibagi menjadi dua tipe, yaitu Mesin Bubut CNC
Training Unit (CNC TU)danMesin Bubut CNC Production Unit (CNC PU). Kedua tipe mesin tersebut memiliki
prinsip kerja yang hampir sama,akan tetapi yang
membedakan kedua tipe mesin tersebut adalahpenggunaannya ketika di lapangan. CNC TU dipergunakan hanya untuk latihan dasar pemrograman dan pengoperasian CNC yang dilengkapidengan EPS (External Programing Sistem).Semetara mesin CNC jenisTraining Unit mampu digunakan untuk pekerjaanringan dengan bahan yang relatif mudah dikerjakan atau lunak.Sedangkan Mesin CNC PU digunakan untuk produksi lebih dari 1 atau massal, sehingga mesin ini dilengkapi dengan assesoris tambahanseperti sistem pembuka otomatis yang menerapkan prinsip kerja hidrolis, pembuangan tatal, dan sebagainya (Lilih,2003).
2.4.2
Bagian-bagian Mesin Bubut CNC
Gambar 2 . 5 Bagian Mekanik mesin Bubut CNCLEADWELL Turning Center (Sumber : Scott Machinery, 2015)
1. Motor Utama Motor utama adalah motor yang bertujuan untuk menjadi penggerak cekam untuk memutar benda kerja pada cekam . Motor ini adalah jenis motor arus searah/DC (Direct Current) dengan kecepatan putaran yang variabel.
2. Eretan (Support) Eretan adalah penggerak sumbu pada jalannya mesin. Untuk Mesin Bubut CNC dibedakan menjadi dua bagian sumbudapat dilihat pada ( Gambar 2.6), yaitu : a.
Eretan memanjang (sumbu Z)
b.
Eretan melintang (Sumbu X)
Gambar 2.6Ilustrasi Eretan (Support) (sumber : Lilih,2003)
3. Step Motor Step motor berfungsi untuk menggerakkan eretan pada mesin bubut, yaitu memiliki gerakan sumbu X dan gerakan sumbu Z. setiap eretan pada mesin bubut memiliki step motor. 4. Rumah Alat potong ( Revolver) Rumah alat potong berfungsi sebagai penjepit alat potong pada saat proses pengerjaan benda kerja. Adapun alat yang dipergunakan disebut revolver atau toolturet, revolver digerakkan oleh step motor sehingga bisa digerakkan secara manual maupun terprogram. 5. Cekam (Chuck) Cekam pada Mesin Bubut berfungsi untuk menjepit benda kerja pada saat proses penyayatan berlangsung. Kecepatan spindel Mesin Bubut ini diatur menggunakan transmisi sabuk. 6. Kepala Lepas(Tailstock) Kepala lepas berfungsi sebagai tempat pemasangan center putar pada saat proses pembubutan benda kerja yang relatif panjang. Pada kepala lepas ini bisa dipasang pencekam bor, dengan diameter mata bor maksimum 8 mm.
7. Meja Mesin Meja mesin atau sliding bed gerakan memanjang eretan (gerakan sumbu Z) tertumpu pada kondisi sliding bed ini. Jika kondisi sliding bed sudah aus maka hasil pembubutan tidak sempurna. 2.5
Pemograman CNC Turning Untuk melaksanakan perintah jalannya alat potong pada tujuan yang
diinginkan sangat diperlukan pemograman. Pemograman adalah suatu perintah yang urutkan sesuai susunan secara rinci setiap langkah per langkah untuk memberi masukan mesin perkakas CNC yang harus digerakkan atau dikerjakan.(Lilih,2003)
2.5.1 Metode Pemograman CNC Pemograman CNC dijadikan dua sistem model pemrograman, yaitu sistem absolut dan sistem incremental. Kedua sistem pemrograman tersebut dapat dibedakan berdasarkan sistem informasi geometri (sistem penunjukan ukuran) dalam gambar kerja, yang dapat terdiri dar 2 modeli sistem absolut dan incremental. Pada gambar kerja sering dijumpai penggunaan penunjukan ukuran campuran, yaitu sistem absolut dan incremental digunakan secara bersama-sama. a. Sistem Absolut Di dalam program CNC sistem pemrograman sistem absolut lebih banyak digunakan karena sistem pemrograman yang dapat ditentukan dengan data posisi geometri dalam gambar kerja (produk) didasarkan pada satu titik referensi. Semua geometri dalam bidang sistem koordinat yang dipilih, didefinisikan letaknya dari satu titik referensi (titik nol) yang tetap.Pada pemograman bend kerja yang sangat rumit, melalui kode G tertentu titik nol benda kerja pada CNC bisa dipindah sesuai keinginan programmer untuk memudahkan pemograman dan untuk menghindari kesalahan pengukuran. Seperti pada gambar 2.7 terlihat titik pertama adalah titik 0,0 dimana pahat diletakkan pertama kali. Dan titik pertama adalah titik (-3),0 ; titik
kedua adalah titik (-3),(-2,5) ; titik ketiga dan seterusnya mengikuti acuan zero reference point.
Gambar 2.7. Pengukuran Sistem Absolut. (Sumber : Paryanto, M.Pd)
b. Sistem Incremental Pemrograman sistem incremental menggunakan sistem pemrograman yang dimana untuk menentukan data posisi setiap geometri diukur dari titikreferensi yang berpindah-pindah, atau disebut titik referensi menerus. Posisi geometri ditentukan dari kedudukan atau posisiterakhir gerakan relatif perkakas sayat (pisau/pahat).Titik akhir gerakan/lintasan perkakas sayat, karena gerakan relatifyang dilakukan, adalah sebagai titik referensi (titik nol) untuk lintasanberikutnya.Sistem inkrimental bisa disebut juga sistem pemograman berantai. Penentuan pergerakan alat potong dari titik satu ke titik yang lain mengacu pada titik pemberhentian terakhir alat potong. Kelemahan dari sistem pemograman inkrimental ini, jika terjadi kesalahan dalam penentuan titik koordinat penyimpangan atau kesalahan semakin besar. Seperti pada gambar 2.8 pada tiap titik gerakan pahat merupakan titik acuan baru. Dari titik awal (0,0) menuju titik 1 dimana titik 1 adalah (-3),0. Titik 1 tersebut menjadi zero reference point baru sebagai acuan pahat menuju titik kedua. Hal ini berlaku seterusnya untuk titik lainnya.
Gambar 2.8. Pengukuran Sistem Incrimental. (Sumber : Paryanto, M.Pd)
2.5.2Struktur Program CNC Program CNC dapat dilihat dari segi struktur isinya yang terdiri dari 3 bagian utama, yaitu bagian pembuka, bagian isi, dan bagian penutup. Bagian pembuka selalu terletak padabagian awal program, bagian isi terletak pada bagian tengah, dan bagian penutup terletak pada bagian akhir program.
Gambar 2.9 Contoh Struktur Program NC.(Sumber : Widarto, 2008)
2.6 Jenis Spesimen Uji Fatigue Dalam ASTM E466-82 terdapat specimen untuk uji fatigue benda uji yang digunakan dibuat dari besi atau material yang lain sesuai kebutuhan untuk mengambil penelitian dan terkadang dalam uji fatigue spesimen dibuat berbentuk plat atau berbentuk poros dikarenakan dalam uji fatigue harus menyesuaikan dengan alat uji fatigue yang sesuai.Ada 2 bentuk spesimen uji fatigue berbentuk plat (gambar 2.10),dan spesimen uji fatigue berbentuk poros(gambar 2.11).
Gambar 2.10 Spesimen Uji FatigueBerbentuk Plat
Gambar 2.11 Spesimen Uji FatigueBerbentuk Poros
2.7 Kekasaran Permukaan Kekasaran permukaan adalah penyimpangan rata-rata aritmetik dari garis ratarata permukaan. Dalam dunia indistri, permukaan benda kerja memiliki nilai kekasaran permukaan yang berbeda, sesuai dengan kebutuhan dari penggunaan alat tersebut. Pada nilai kekasaran permukaan terdapat beberapa kriteria nilai kualitas (N) yang berbeda, dimana Nilai kualitas kekasaran permukaan tersebut telah diklasifikasikan oleh ISO. Nilai kualitas kekasaran permukaan terkecil dimulai
dariN1 yang memiliki nilai kekasaran permukaan (Ra) 0,025 μm dan nilai yang paling tinggi adalah N12 dengan nilai kekasarannya 50 μm (Azhar, 2014).
2.7.1 Permukaan Permukaan adalah suatu batas yang memisahkan benda padat dengan sekitarnya. Istilah lain yang berkaitan dengan permukaan yaitu profil. Profil atau bentuk adalah garis hasil pemotongan secara normal atau serong dari suatu penampang permukaan (Munadi, 1988). Bentuk dari suatu permukaan dapat dibedakan menjadi dua yaitu permukaan yang kasar (roughness) dan permukaan yang bergelombang (waviness). Permukaan yang kasar berbentuk gelombang pendek yang tidak teratur dan terjadi karena getaran pisau (pahat) potong atau proporsi yang kurang tepat dari pemakanan (feed) pisau potong dalam proses pembuatannya.Sedangkan permukaan yang bergelombang mempunyai bentuk gelombang yang lebih panjang dan tidak teratur yang dapat terjadi karena beberapa faktor misalnya posisi senter yang tidak tepat, adanya gerakan tidak lurus (non linier) dari pemakanan (feed), getaran mesin, tidak imbangnya (balance) batu gerinda, perlakuan panas (heat treatment) yang kurang baik, dan sebagainya. Dari kekasaran (roughness) dan gelombang (wanivess) inilah kemudian timbul kesalahan bentuk (Munadi, 1988).
Gambar 2.12 Kekasaran, gelombang dan kesalahan bentukdari suatu permukaan (Sumber : Munadi, 1988)
2.7.2 Parameter Kekasaran Permukaan Untuk mengukur kekasaran permukaan, sensor (stylus) alat ukur harus digerakkan mengikuti lintasan yang berupa garis lurus dengan jarak yang telah ditentukan. Panjang lintasan ini disebut dengan panjang pengukuran (traversing
length). Sesaat setelah jarum bergerak dan sesaat sebelumjarum berhenti alat ukur melakukan perhitungan berdasarkan data yang dideteksi oleh jarum peraba. Bagian permukaan yang dibaca oleh sensor alat ukur kekasaran permukaan disebut panjang sampel (Azhar, 2014).
RT
RP
Gambar 2.13 Profil suatu permukaan. (Sumber : Munadi, 1988)
Menurut Munadi pada Dasar-dasar Metrologi Industri (1988) dijelaskan beberapa bagian dari profil permukaan dari suatu permukaan, yaitu : Profil Geometris Ideal (Geometrically Ideal Profile) Profil ini merupakan profil dari geometris permukaan yang ideal yang tidak mungkin diperoleh dikarenakan banyaknya
faktor
yang
mempengaruhi dalam proses pembuatannya. Profil Referensi (Reference Profile) Profil ini digunakan sebagai dasar dalam menganalisis karakteistik dari suatu permukaan. Profil Terukur (Measured Profile) Profil terukur adalah profil dari suatu permukaan yang diperoleh melalui proses pengukuran. Profile Dasar (Root Profile) Profil dasar adalah profil referensi yang digeserkan kebawah hingga tepat pada titik paling rendah pada profil terukur. Profile Tengah (Centre Profile) Profil tengah adalah profil yang berada ditengah-tengah dengan posisi sedemikian rupa sehingga jumlah luas bagian atas profil tengah sampai
pada profil terukur sama dengan jumlah luas bagian bawah profil tengah sampai pada profil terukur. Kedalaman Total (Peak to Valley), Rt Kedalaman total ini adalah besarnya jarak dari profil referensi sampai dengan profil dasar. Kedalaman Perataan (Peak to Mean Line), Rp Kedalaman perataan (Rp) merupakan jarak rata-rata dari profil referensi sampai dengan profil terukur. Kekasaran Rata-rata (Mean Roughness Indec), Ra Kekasaran rata-rata merupakan harga-harga rata-rata secara aritmetis dari harga absolut antara harga profil terukur dengan profil tengah. Kekasaran Rata-rata Kuadratis (Root Mean Square Height), Rg Besarnya harga kekasaran rata-rata kuadratis ini adalah jarak kuadrat rata-rata dari harga profil terukur sampai dengan profil tengah.
2.7.3 Toleransi Kekasaran Permukaan. Seperti halnya toleransi ukuran (lubang dan poros), harga kekasaran rata-rata aritmetis Ra juga mempunyai harga toleransi kekasaran. Dengan demikian masingmasing harga kekasaran mempunyai kelas kekasaran yaitu dari N1 sampai N12. Besarnya toleransi untuk Ra biasanya diambil antara 50% ke atas dan 25% ke bawah (Munadi, 1988). Tabel 2.1 Toleransi harga kekasaran rata-rata Ra (Sumber: Munadi,1988).
Toleransi harga kekasaran rata-rata, Ra dari suatu permukaan tergantung pada proses pengerjaannya. Tabel 2.2 Toleransi harga kekasaran rata-rata Ra (Sumber: Munadi,1988).
2.7.4 Penunjukkan Konfigurasi Permukaan Pada gambar teknik penunjukkan konfigurasi permukaan ditunjukkan dengan simbol berupa segitiga sama sisi dengan salah satu sudutnya bersentuhan dengan permukaan (Azhar, 2014).
Gambar 2.14 Penunjukkan Konfigurasi Permukaan
