BAB II TINJUAN PUSTAKA

4

BAB II

TINJUAN PUSTAKA

2.1

PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai teori tentang proses pemesinan, dasar teori dari perancangan mesin CNC Router Berbasis Arduino. Semua karakteristik material penyusun mesin CNC, teori perhitungan, dan metode uji coba mesin akan dijelaskan pada bab ini. 2.2

PENGERTIAN DASAR PROSES PEMESINAN

Proses pemesinan adalah proses pemotongan material menjadi bentuk benda kerja dengan menggunakan alat potong yang dipasang pada mesin perkakas. Sedangkan mesin perkakas adalah mesin yang menghasilkan energy serta digunakan untuk mendeformasikan dan memotong material kedalam bentuk, ukuran dan kekasaran sesuai dengan yang diinginkan. Dalam proses pemesinan terdapat beberapa elemen dasar yang harus diperhatikan dalam perencanaan proses pemesinan agar diperoleh waktu pemotogan yang efesien dan produktivitas tinggi. Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam proses pemesinan adalah pemilihan kecepatan pemakannan dan kecepatan pemotongan, karena dua hal tersebut akan menentukan kualitas permukaan komponen yang dihasilkan dari proses pemesinan, termasuk gaya pematangan yang dihasilkan akibat hal tersebut. Kecepatan pemakanan dan kecepatan pemotongan yang besar akan menghasilkan permukaan yang kasar dan gaya potong berlebihan akan mempercepat

http://digilib.mercubuana.ac.id/z

5

keausan cutter atau terjadi patah pada cutter saat proses pemesinan berlangsung. Ada dua jenis material yang digunakan untuk cutter yaitu HSS (Hight-Speed) dan material karbida. Cutter dengan jenis material karbida lebih kuat untuk menahan gaya yang terjadi pada proses pemesianan disbanding cutter yang terbuat dari material jenis HSS. Oleh karena itu cutter jenis karbida mampu bekerja pada kondisi yang tinggi (Yanuar, 2014).

2.3

PENGERTIAN MESIN CNC

Mesin CNC memiliki kepanjangan Computer Numericall Control yaitu suatu mesin yang dikontrol oleh computer menggunakan bahasa numeric (data perintah dengan kode angka, huruf dan symbol) sesuai standart ISO. Mesin CNC pertama diciptakan pada tahu 40-an dan 50-an dengan memodifikasi mesin perkakas biasa. Dalam hal ini mesin perkakas biasa ditambahkan dengan motor yang menggerakan pengontrol mengikuti titik-titik yang dimasukkan kedalam sistem program. Mesin perpaduan antara motor servo dan mekanis ini segera digantikan dengan sistem analog dan kemudian computer digital, menciptakan mesin perkakas modern yang disebut mesin CNC yang kemudian hari telah merevolusi proses desain. Saat ini mesin CNC mempunyai hubungan yang sangat erat dengan program CAD. Dengan menggunakan mesin CNC ketelitian produk dapat dijamin hingga 1/1000 mm lebih, mampu untuk pengerjaan masal dengan hasil yang sama persis dan waktu pemesinan yang cepat. Mesin perkakas CNC dilengkapai dengan berbagai alat potong yang dapat membuat benda kerja secara presisi dan dapat melakukan interpolasi yang diarahkan secara numeric (bedasarkan angka). Parameter sistem operasi CNC dapat diubah melalui program perangkat lunak (Software Load Program). Dalam kondisi sekarang ini, CNC dipergunakan untuk mengontrol sistem mekanis mesin-mesin perkakas dan pemotong logam. Jadi ketebalan dan panjang potongan logam yang dihasilkan oleh mesin dapat diatur melalui program dari CNC tersebut.


6

2.3.1

Metode Pemrograman CNC

Pemrograman adalah suatu urutan perintah yang disusun secara rinci tiap blok per blok untuk memberikan masukan ke mesin CNC tentang apa yang harus dikerjakan. Untuk menyusun pemrograman pada mesin CNC diperlukan metode pemrograman sebagai berikut: a. Metode Incremental Pada sistem ini titik awal penempatan alat potong yang digunakan sebagai acuan adalah menetapkan titik refrensi yang berlaku tetap selama proses operasi mesin berlangsung. b. Metode Absolute Pada sistem ini titik awal penempatan yang digunakan sebagai acuan adalah selalu berpindah sesuai dengan titik acuan yang dinyatakan terakhir. Untuk mesin bubut atau mesin frais dilakukan cara yang sama. Setiap kali suatu gerakan pada proses benda kerja berakhir, maka titik akhir dari gerakan alat potong dianggap titik awal gerakan alat potong tahap berikutnya. 2.3.2

Bahasa Pemrograman

Bahasa pemrograman adalah format perintah dalam suatu blok dengan menggunakan kode huruf, angka, dan symbol. Di dalam mesin perkakas CNC terdapat perangkat computer yang disebut Machine Control Unit (MCU). MCU berfungsi sebagai penerjemah bahasa kode ke dalam bentuk-bentuk gerakan persumbuan sesuai bentuk benda kerja. Kode-kode bahasa dalam mesin perkakas CNC dikenal dengan kode G dan M, dimana kode-kode tersebut sudah distandarkan oleh ISO atau badan internasional lainnya. Dalam aplikasi kode huruf, angka dan symbol pada mesin CNC bermacam-macam tergantung sistem control dan tipe mesin yang dipakai, tetapi secara prinsip sama. Dengan bahasa kode ini dapat berfungsi sebagi media komunikasi antara mesin dengan operator, yakni untuk memberikan informasi data kepada mesin untuk dipahami. Untuk memasukan data program ke dalam memori mesin dapat dilakukan dengan perangkat seperti, kabel RS-232, disket dan kaset (EMCO, 1990).


7

2.3.3

Prinsip Kerja Mesin CNC Router Kayu

Prinsip kerja mesin CNC router kayu ini adalah bahasa pemrogram ditransfer ke controller sebagai inputan data, kemudian data tersebut oleh controller akan dirubah menjadi sinyal perintah ke komponen electric, oleh komponen electric sinyal perintah tersebut diterjemahkan untuk memutus, menyambung, dan mengatur arus yang akan masuk ke komonen mekanik, sehingga komponen mekanik bias bergerak sesuai perintah controller. Secara sederhana digambarkan pada skema dibawah ini :

Bahasa Pemrograman

Output(Sinyal Perintah)

Controller

Energi Listrik

Electrik

Mekanik

Input (Sinyal Konfirmasi)

Gambar 2.1 Skema diagram dari CNC 2.3.4

Bagian Utama Mesin CNC

Secara garis besar bagian utama CNC Router dibagi menjadi 3 komponen yaitu: 1. Komponen Mekanik Komponen mekanik adalah komponen pada mesin yang bergerak. Contoh komponen mekanik yaitu linear guide slide sumbu x, y dan z, tool, spindle, dan lain-lain 2. Komponen Electrik Komponen mesin yang berfungsi memberikan tenaga ke komponen mekanik supaya bergerak sesuai perintah controller.


8

Contoh komponen electric yaitu Motor Stepper, spindle driver, power supplay dan lain-lain. 3. Komponen Controller Komponen controller adalah komponen mesin yang berfungsi sebagai pengatur seluruh kegiatan mesin, controller merupakan otak dari mesin CNC. 2.3.5

Struktur Mesin

Setruktur mesin merupakan bagian terpenting karena menjadi penompang dari komponen-komponen mesin CNC. Dimana tiap komponen-komponen tersebut memiliki masa yang berbeda-beda dan akan diterima sebagai beban oleh struktur. Struktur mesin meliputi komponen-komponen dari mesin CNC yaitu sebagai berikut (Rahadiyanto, 2012): 1. Rangka Mesin Rangka mesin CNC memiliki nilai pengaruh terhadap kinerja dari mesin tersebut. Tiap perbedaan model rangka mesin memiliki perbedaan dimana fungsi mesin tersebut dimaksimalkan. Terdapat beberapa permodelan rangka mesin CNC : 

X-Y table CNC milling Rangka yang sudah jarang digunakan pada permodelan mesin CNC. Biasanya pemodelan tipe ini digunakan untuk mesin CNC kecil. Dimana pergerakan meja terletak pada satu titik tumpuan yang mempengaruhi keterbatasan pergerakan meja kerja (Deny Anggara, 2009).


9

Gambar 2.2 X-Y table CNC Milling (Sumber : Deny Anggara, 2013) 

Cantilevered arm CNC milling Permodelan rangka yang memiliki keunggulan yaitu mudah dalam mengakses benda kerja, dari mulai memasang dan membongkarnya. Meja ditangguhkan di depan operator dan semua mekanisme operator di belakang meja. Sehingga setiap bagian yang berada di meja mudah untuk diraih (Deny Anggara, 2009).

Gambar 2.3 Cantilevered arm CNC milling (Sumber : Deny Anggara, 2013)


10



Moving tabel CNC milling Rangka mesin bergerak seperti pergerakan desain gantry dan paling umum digunakan dalam industry saat ini. Moving table lebih populer dibandingkan dengan moving gantry, bukan karena lebih setabil tetapi karena keterbatasan sistem control. Pergerakan meja hanya menggunakan satu lead screw sehingga penggunaannya juga lebih hemat (Deny Anggara, 2009).

Gambar 2.4 Moving tabel CNC milling (Sumber : Deny Anggara, 2013) 

Moving gantry CNC milling Permodelan moving gantry ini bergerak dengan rail yang berada pada setiap sisi meja. Diaman permodelan ini membutuhkan biaya ekstra untuk menggunakan dua lead screw membutuhkan dua motor servo untuk menggerakkannya.

Moving

gantry

memiliki

keunggulan

dimana

pengerjaan benda depan mencapai semua sisi pada meja kerja dan biasa digunakan pada pengerjaan benda dengan sekala lebar atau panjang (Deny Anggara, 2009).


11

Gambar 2.5 Moving gantry CNC milling (Sumber : Deny Anggara, 2013) 2. Motor Penggerak Motor penggerak memiliki fungsi utama pada penggerakan meja pada sumbu cartesian. Dimana kebutuhan motor yang sesuai sangat mempengaruhi kepresisian mesin dalam kata lain jika pemilihan motor tidak sesuai akan terjadi selip maupun overloading pada motor yang mengakibatkan motor tidak berjalan sesuai perencanaan. Terdapat 2 motor penggerak yang dapat di gunakan pada sistem CNC modern yaitu : 

Stepper Motor Motor stepper mengubah pulsa-pulsa listrik yang diberikan menjadi gerakan-gerakan diskrit rotor yang disebut langkah (steps). Nilai rating dari suatu motor stepper diberikan dalam langkah per putaran (steps per revolution). Motor stepper umumnya mempunyai kecepatan dan torsi yang rendah.

Gambar 2.6 Motor Stepper (Sumber : Deny Anggara, 2013)


12



Servo Motor Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback dimana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian control yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari motor DC, rangkaian gear, potensio meter, dan rangkaian control. Untuk mengoprasikannya yaitu dengan memberikan pulsa digital tertentu pada motor ini (Elemen Mesin, Sularso, 1997).

Gambar 2.7 Motor Servo (Sumber : Deny Anggara, 2013) Tabel 2.1 Perbandingan motor stepper dengan motor servo Item Pembanding Driver

Motor Stepper

Motor Servo

Sederhana, untuk driver

Komplek

dapat dibuat sendiri

Tingkat Cukup signifikan

Sangat kecil

Metode

Open loop

Closed loop

control

(tidak memiliki encoder)

(memakai encoder)

Kondisi out of

Motor tidak akan jalan

Motor tidak akan jalan kalau

step

kalau beban overload

beban overload

Lambat

Cepat

kebisingan dan vibrasi

Kecepatan

(1000-2000 rpm maksimal)

(3000-5000 rpm maksimal)

(Sumber : Deny Anggara, 2013)


13

3. Spindel / Router Spindel adalah alat pemegang cutting tool untuk melakukan proses machining. Spindel dapat diputar sesuai dengan kecepatan yang diinginkan, namun kecepatan putarnya maksimal sesuai dengan spesifikasi dari motor spindle yang digunakan. Untuk pengerjaan benda ringan seperti akrilik, kayu, maupun alumunium, spindle cukup menggunakan rpm yang tinggi dan torsi yang rendah. Sedangkan untuk pengerjaan untuk benda berat seperti mild steel atau baja membutuhkan rpm yang rendah dan torsi yang tinggi. Kebutuhan umum untuk spindle pada mesin CNC adalah (Kuspriyanto dan Hari, 2003) : a. Suhu yang setabil b. Kecepatan tinggi untuk pengerjaan c. Berjalan dengan akurat

Gambar 2.8 Spindel Router 4. Guideways dan slideways Guideways pada mesin CNC berfungsi untuk : 

Pengontrol perjalanan dimana tool atau benda kerja diletakkan



Peredam semua beban statis maupun dinamis



Membantu perjalanan meja sehingga lebih akurat Guideways pada mesin CNC terbagi menjadi beberapa komponen :



Linear motion ways merupakan sebuah bantalan linier gerak yang dirancang untuk memberikan gerak bebas dalam satu arah (Adayatama, 2011).


14

Gambar 2.9 Linear Motion (Sumber : Deny Anggara, 2013) 

Ball Screw adalah actuator linier mekanik yang menerjemahkan gerak rotasi untuk gerakan linierr dengan sedikit gesekan. Sebuah poros berulir menyediakan jalur alur helixs untuk bantalan bola yang bertindak sebagai sekrup presisi, serta mampu menerapkan atau menahan beban dorong yang tinggi. Ball screw sangat cocok digunakan dalam kebutuhan machining yang memiliki presisi tinggi.

Gambar 2.10 Ball srew dan lead screw (Sumber : Trace part, 2015)


15

5. Sistem Wiring pada Mesin CNC Router Kayu Pada mesin CNC terdapat beberapa control electric yang berfungsi untuk menjalankan mesin menjadi mesin yang dapat dikontrol computer. Pada sistem wairing mesin CNC router terdapat beberapa komponen antara lain : 1. Power supply Power supply adalah perangkal listrik yang dapat menyediakan energy listrik untuk perangkat electronic. Pada dasarnya power supply memerlukan energy listrik yang kemudian mengubahnya menjadi enrgy listrik yang dibutuhkan oleh perangkat electronic lainnya. Oleh karena itu, power supply sering disebut dengan istilah Electric Power Converter (Gunawan, 2011).

Gambar 2.11 Power Supply (Sumber : Deny Anggara, 2013)

2. Breakout Board Breakout board adalah card electronic yang berfungsi menghubungkan sinyal data dari computer dengan peripheral input maupun output. Breakout board merupakan komponen utama yang digunakan untuk merakit mesin CNC, menghubungkan sinyal data dari computer menuju


16

driver, serta menghubungkan sinyal input dari luar untuk bias dibaca oleh computer (Adrian, 2016)

Gambar 2.12 Breakout Board (Sumber : Deny Anggara, 2013)

3. Motor Driver Motor Driver berfungsi untuk memberikan sinyal untuk memutar motor atau mengatur pergerakan motor. Jenis driver motor tergantung dari motor itu sendiri.

Gambar 2.13 Motor Driver (Sumber : Spurkfun, 2015) 4. Software Perancangan mesin CNC router dibantu oleh beberapa software yang berfungsi untuk membantu proses desain dan pengoprasian mesin CNC router kayu. Beberapa software yang digunakan adalah sebagai berikut :


17



Solid Works 2016 Solid Work merupakan software 3D yang dapat digunakan untuk membuat desain produk yang sederhana sampai dengan yang kompleks seperti roda gigi, mesin mobil, dan lain sebagainya. Software ini merupakan salah satu opsi diantara design software lainya. Dalam pengambaran menggunakan solid work menyediakan featured based, parametric solid modeling. Feature based dan parametric solid modeling ini sangat mempermudah bagi pengguna dalam membuat model 3D, karena dengan adanya fitur tersebut desain dapat dirubah ukurannya tanpa harus merusak model dari gambar itu sendiri. Soild work juga menyediakan 3 template utama untuk membantu proses mendesain, yaitu part, assembly, dan drawing part.



Universal Gcode Sender (UGS) Universal Gcode Sender

merupakan software yang dapat

mengubah computer desktop atau PC menjadi sebuah perangkat controller mesin CNC. Universal Gcode Sender sangat kaya akan fitur dan memberikan nilai yang besar untuk kebutuhan paket control CNC. Universal Gcode Sender bekerja pada PC windows untuk mengendalikan perangkat motor baik motor servo maupun motor

stepper

dengan

mengolah

Khoriya,2015).

Gambar 2.14 Tampilan UGS


G-Code

(Setyoadi

dan

18

2.4

PENGERTIAN MATERIAL KAYU

Kayu adalah bagian batang atau cabang serta ranting pada tumbuhan yang mengeras karena mengalami lignifikasi (pengayuan). Kayu digunakan untuk berbagai keperluan, mulai dari media ukir, bahan bangunan, bahan kertas, dan masih banyak lagi. Kayu juga dimanfaatkan sebagai hiasan-hiasan rumah tangga dan lain sebagainya. Penyebab terbentuknya kayu adalah akibat akumulasi selulosa dan lignin pada dinding sel berbagai jaringan di batang. Ilmu kayu mempelajari berbagai aspek mengenai klasifikasi kayu serta sifat-sifat kimia, fisika, dan mekanik kayu dalam berbagai kondisi penanganan.

Gambar 2.15 Material Kayu (Sumber : Deny Anggara, 2013)

2.4.1

Sifat Fisik Kayu

Berat jenis merupakan petunjuk penting bagi aneka sifat kayu. Makin berat kayu itu, umumnya makin kuat pula kayunya. Semakin ringan jenis kayu akan berkurang pula kekuatannya. Berat jenis ini ditentukan oleh tebal dindingsel, dan kecilnya rongga sel yang membentuk pori-pori. a. Kerapatan dan berat jenis Berat jenis kayu adalah perbandingan antara kerapatan kayu tersebut terhadap benda standart, sedangkan kerapatan adalah perbandingan antara massa atau berat benda terhadap volumenya (Brown et al, 1952).


19

b. Kadar air Kadar air kayu adalah banyaknya air yang terdapat dalam kayu yang dinyatakan dalam persen terhadap berat kering tanurnya. Dengan demikian standart kekeringan kayu adalah pada saat kering tanur. Air dalam kayu terdiri dari air bebas dan air terikat dimana kedua secara bersamaan menentukan kadar air pada kayu. Dalam satu pohin kadar air segar bervariasi tergantung tempat tumbuh dan umur pohon tersebut ( Haygreen dan Bowyer, 1993). c. Keawetan alami kayu Yang dimaksud dengan keawetan alami ialah ketahanan kayu terhadap serangan dari unsur-unsur perusak kayu dari luar seperti jamur, rayap, cacing laut, dan mahluk lainya yang di ukur dengan jangka waktu tahunan. d. Warna kayu Ada beraneka macam warna kayu, antara lain warna kuning, keputihputihan, coklat muda, coklat tua, dan lain sebagainya. Warna suatu jenis kayu dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti, umur pohon dan kelembaban udara. Kayu yang lebih tua dapat lebih gelap dari kayu yang lebih muda (Alvest, 2001). e. Higroskopik Sifat higroskopik yaitu dapat menyerap air dan melepaskan air. Faktor kelembaban kayu dipengaruhi oleh kelembaban dan suhu udara pada suatu saat (Seto, 2000). f. Tekstur Tekstur ialah ukuran relative sel kayu atau serat kayu. Berdasarkan teksturnya, jenis kayu digolongkan kedalam (Rullyati, 2013): 

Kayu bertekstur halus



Kayu bertekstur sedang



Kayu bertekstur kasrar


20

g. Serat Bagian ini terutama menyangkut sifat kayu yang menunjukan arah umum sel-sel kayu didalam kayu terhadap sumbu batang. Arah serat dapat ditentukan oleh alur-alur yang terdapt pada permukaan kayu. Kayu dapat dikatakan berserat mulus jika sel-sel kayunya sejajar dengan sumbu batang. Jika arah sel-sel itu menyimpang atau membentuk sudut batang, dikatakan kayu ini berserat moncong (Rullyati, 2013). h. Kekerasan Pada umumnya terdapat hubungan langsung antara kekerasan kayu dengan berat kayu. Cara menetapkan kekerasan kayu ialah dengan memotong kayu tersebut dengan arah melintang dengan pisau. Pisau tersebut akan meleset dan hasil potongannya akan memberi tanda kilau pada kayu (Rullyati, 2013) 2.4.2

Sifat Mekanik Kayu

Sifat-sifat mekanik atau kekuatan kayu ialah kemampuan kayu untuk menahan muatan dari luar. Yang dimaksud muatan dari luar yaitu gaya-gaya dari luar enda yang mempunyai kecenderungan untuk mengubah bentuk dan besarnya benda dalam hal ini dibedakan menjadi beberapa macam kekuatan sebagai berikut : a. Modulus Elastisitas Kekuatan lentur dan modulus of elasticity adalah suatu nilai yang konstant yang merupakan perbandingan antara teggangan dan regangan di bawah batas proporsi. Tegangan didefinisikan sebagai distribusi gaya per unit luas, sedangkan regangan adalah perubahan panjang per unit panjang bahan (Haygreen dan Bowyer, 1993). b. Kekerasan (Hardness) Kekerasan merupakan ukuran kekerasan kayu untuk menahan kikisan pada permukaannya, sifat kekerasan ini dipengaruhi oleh kerapatan kayu, keuletan kayu, ukuran serat, daya ikat antar serat nilai yang didapat dari hasil pengujian merupakan uji pembanding, yaitu besar gaya yang dibutuhkan untuk



22

e. Kekuatan tekan (Compresion Strenght) Kekuatan tekan suatu jenis kayu adalah kekuatan kayu untuk menahan muatan jika kayu itu dipergunakan untuk penggunaan tertentu.

Gambar 2.18 Kekuatan tekan kayu (Sumber : Deny Anggara, 2013) f. Kekuatan geser Kekuatan geser adalah kekuatan kayu untuk menahan gerakan dan tekanan yang membuat kayu bergeser (tanpa pukulan) baik itu bebanmati maupun beban dinamis. Beban mati artinya tekanan secara terus menerus pada skala tekanan tertentu. Sedangkan beban hidup berarti tekanan yang berulang-ulang dan bias berubah kekuatannya. Kekuatan geser kayu paling besar adalah [ada posisi serat kayu.

Gambar 2.19 Kekuatan geser kayu (Sumber : Deny Anggara, 2013) g. Kekuatan belah Daya tahan kekuatan kayu terhadap tekanan belah paling rendah pada posisi sarah serat. Walaupun demikian untuk beberapa jenis kayu tertentu sangat baik


23

apabila kekuatan belahnya sangat lemah karena jenis kayu ini sangat cocok untuk pembuatan atap atau kayu bakar.

Gambar 2.20 Kekuatan belah kayu (Sumber : Deny Anggara, 2013)

2.4.3

Kelas Kekuatan Kayu

Di dalam Vademecum Kehutanan Indonesia, kelas kekuatan kayu didasarkan pada berat jenis, kekuatan lengkung mutlak, dan kekuatan tekan mutlak, dan dapat dilihat pada tebel berikut ini : Tabel 2.3 Kelas Kekuatan Kayu Kelas Kayu

Tegangan Tarik

Tegangan Lentur

(Kg/cm²)

(Kg/cm²)

Berat Jenis

I

≥0.90

>650

>1100

II

0.60-0.90

425-650

725-1100

III

0.40-0.60

300-425

500-725

IV

0.30-0.40

215-300

360-500

V

≤0.30

< 215

< 365

(Sumber : PKKI, 1979)


24

Kekuatan kayu terhadap gaya tekanan (sejajar serat) disebut daya tegang kayu. Tegangan adalah gaya yang tersebar persatuan luas dan dinyatakan dalam Psi atau dalam Pascal. Apabila suatu gaya dikenakan pada suatu benda, maka akan terjadi tegangan-tegangan internal. Tegangan ini memiliki atau mengubah bentuk ukuran benda tersebut. Perubahan panjang per satuan panjang dalam arah tekanan disebut regangan.

2.5

TEORI UJI COBA MESIN CNC ROUTER

Pada perancangan ini, mesin yang dikendalikan berupa mesin CNC Router dengan geometri kartesien yang memiliki gerakan end effector mesin dalam tiga arah yang independen, yaitu arah sumbu x, arah sumbu y, dan arah sumbu z. Untuk mengatur gerakan ketiga actuator secara simultan dilakukan dengan interpolasi linear untuk membentuk garis lurus dan interpolasi sirkular untuk membentuk busur lingkaran. Gerakan tersebut ditambah dengan mengerakan sumbu z untuk proses pemotongan kedalam benda kerja. 2.5.1

Interpolasi Linier

Untuk menghasilkan garis lurus, diguanakan pendekatan dengan runtutan gerakangerakan pendek yang terkordinasi oleh sistem pengendali. Metode runtutan gerakangerakan ini dinamakan quasi continuous movement (Pressman, 1977). Untuk menggerakkan end effector membentuk garis lurus dari titik (x1,y1) ke titik (x2, y2), end effector digerakkan oleh nx step dalam arah sumbu x dan ny step dalam arah sumbu y. Untuk nilai gradient positif, apabila koordinat posisi end effector saat ini berada di atas kurva, maka step gerakan berikutnya adalah ke kanan, dan apabila koordinat posisi alat potong saat ini berada di bawah kurva, maka step gerakan motor berikutnya adalah ke atas. Untuk gradient garis negative, gerakan end effector kea rah sebaliknya. Metode yang dijelaskan pada bagian ini disebut dengan metode Direct Function Estimation Method (Metode DFE).


25

2.5.2

Interpolasi Sirkular

Interpolasi sirkular digunakan untuk membentuk busur lingkaran. Proses pembuatan busur lingkaran ditunjukan pada gambar dibawah ini :

Gambar 2. 21 Parameter-parameter pada busur lingkaran (Sumber : Roni Permana, 2011)

Gambar 2. 22 Poligon pendekatan busur lingkaran (Sumber : Roni Permana, 2011) Busur lingkaran dapat dinyatakan dengan menentukan titik awal (x1, y1), titik akhir (x2,y2), arah putaran dan posisi relative pusat lingkaran terhadap titik awal (I,j). Maka busur lingkaran yang dimaksud dapat ditunjukkan pada gambar 2.19 diatas. Nilai a merupakan posisi sudut titik awal (x1,y1) terhadap titik pusat busur lingkaran. Nilai b merupakan posisi sudut titik akhir (x2y,y2) terhadap titik pusat busur lingkaran. Nilai θ merupakan posisi sudut titik-titik sepanjang busur (xn,yn) terhadap titik pusat busur.


26

Busur lingkaran pada gambar 2.19 didekati dengan polygon bersegi banyak seperti pada gambar 2.20. Pada gambar 2.20 diperlihatkan bahwa untuk mendapatkan busur lingkaran yang mulus dapat dilakukan dengan membuat segmen garis sekecil mungkin sedemikian rupa sehingga nilai t yang diperoleh berupa toleransi. Untuk membuat segmen garis polygon dari busur lingkaran dilakukan dengan membagi busur lingkaran dengan sudut θ menjadi juring-juring dengan sudut β. Maka akan dihasilkan segmen-segmen garis dimana segmen garis ke-n memiliki koordinat titik awal (xn-1,yn-1) dan koordinat titik akhir (xn,yn). Setelah diperoleh titik awal dan titik akhir segmen garis polygon tersebut, kemudian dilakukan interpolasi linier.

2.5.3 Pengendalian Mesin Menggunakan G code Mesin

CNC bekerja memotong benda kerja dengan lintasan pemotongan sesuai

dengan kode-kode yang telah diberikan yang dikenal dengan G-code. G-code yang digunakan pada perancangan sistem kendalai pada penelitian ini ditunjukkan pada table dibawah ini : Tabel 2.3 Daftar G-Code Kode

Eksekusi yang dilakukan

G00

Interpolasi linear tanpa pemotongan

G01

Interpolasi linear dengan pemotongan tanpa dimensi normal

G02

G03

G04 G10

Interpolasi sirkualar cw dengan pemotongan dengan dengan dimensi normal Interpolasi sirkualar ccw dengan pemotongan dengan dengan dimensi normal Waktu penundaan dengan lamanya waktu ditentukan dengan nilai F Interpolasi linear dengan pemotongan dengan dimensi


27

panjang (10x) G11

G20

G21

G30

G31

Interpolasi linear dengan pemotongan dengan dimensi pendek Interpolasi sirkular cw dengan pemotongan dengan dimensi panjang (10x) Interpolasi sirkular cw dengan pemotongan dengan dimensi pendek Interpolasi sirkular ccw dengan pemotongan dengan dimensi panjang (10x) Interpolasi sirkular ccw dengan pemotongan dengan dimensi pendek

G90

Program dimensi absolut

G91

Program dimensi inkrimental

M00

Program berhenti sampai ditekan kembali tombol RUN

M30

Akhir dari program (Sumber : Dalmasius & Tinton , 2011)

2.6

PELAKSANAAN UJI COBA MESIN CNC ROUTER

Pelaksanaan ini terdiri dari tahap perancangan sisietm pengendali router CNC yang terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak, pengujian linieritas, pengujian repeatabilitas, pengujian interpolasi liniear, dan pengujian interpolasi sirkular. Diagram blok dari sistem kendali yang dibuat, ditunjukan pada gambar dibawah ini :


28

PC/Laptop

Driver Motor

Microcontroller

Motor Stepper

Gambar 2.23 Diagram blok rancangan sistem pengendali router CNC

2.6.1 Perancangan Perangkat Keras Perangkat keras sistem pengedali router CNC ini berupa laptop/PC dan rangkaian electronica yang terintegrasi untuk melakukan pengendalian actuator. Aktuator yang dikendalikan berupa tiga motor DC yang masing-masing mengerakan sumbu x, sumbu y dan sumbu z. Rangkaian electronica pada sisitem ini berupa rangkaian sistem microcontroller untuk komunikasi dengan PC sebagai pengendali, rangkaian penggerak motor DC, dan rotary encoder untuk feed back posisi. Mikrokontroller

menerima

data

dari

PC,

kemudian

microcontroller

mengaktifkan actuator agar end effector bergerak ke posisi yang diperintahkan. Sinyal feed back dari rotary encoder diterima oleh microcontroller untuk memastikan end effector telah bergerak ke posisi yang tepat. Perangkat lunak di computer berfungsi untuk menerjemahkan G-code yang diinputkan dengan proses interpolasi linier atau interpolasi sirkular berdasarkan input program dan sebagai antar muka antara operator dengan mesin. Selain sebagai kendali utama, PC juga digunakan sebagai sarana perantara antara operator dengan sistem pengendali, dimana operator akan menginputkan program G-code untuk menggerakan mesin melalui PC. Tampilan user interface dirancang sedemikian rupa sehingga dapat menampilakn layar yang memuat program G-code yang diinputkan, hasil compile, dan gambar simulasi program untuk melihatkan pergerakan mesin. Selain layar tersebut, user interface juga dirancang agar panel kendali yang terdapat didalamnya mudah untuk di operasikan.


29

2.6.2

Metode Pengujian Mesin CNC Router

Pengujian mesin CNC Router menggunakan bebrapa metode antara lain sebagai berikut : a. Pengujian Linieritas Pengujian linieritas dilakukan dengan menginputkan program gerakan lurus sepajang x untuk sumbu X,Y dan Z. Pergerakan dari end effector diukur panjang pergerakan aktualnya yang terbentuk berdasarkan gambar tersebut, kemudian dihitung koefisien regresi linier dari nilai-nilai yang terukur tersebut. b. Pengujian Repeatabilitas Pengujian repeatabilitas dilakukan dengan menginputkan program gerakan lurus sepanjang x berulang-ulang sebanyak seratus kali. Selanjutnya pergerakan end effector mesin setalah melaksanakan program perintah, di ukur panjang gerakan aktualnya, kemudian dihitung simpangan standar deviasi dari nilai terukur tersebut.


BAB II TINJUAN PUSTAKA

Recommend Documents