BAB III PERENCANAAN DAN GAMBAR
3.1. Flow chart Pembuatan Hybrid powder spray CNC 2 axis dengan pengendali Software Artsoft Mach3
Start
Studi Literatur
Penentuan Spesifikasi Mesin
Perancangan Desain
Tidak Sesuai?
Ya Penentuan dan Pembelian Komponen
Perakitan Komponen Elektrik
Pembuatan Komponen Mekanik
1
10
2
11
1
2
Penggabungan Komponen Mekanik dan Elektrik
Uji Produk
Ya Evaluasi?
Tidak
Laporan
Laporan dan Produk
Finish Gambar 3.1. Alur kerja tim dalam pembuatan mesin Hybrid powder spray CNC 2 axis dengan pengendali Software Artsoft Mach3. Proyek akhir ini mulai dikerjakan dari studi literatur dari jurnal, internet, dan survei secara langsung tentang mesin coating yang sudah ada, mencari informasi tentang prinsip kerja, sistem kontrol dan software kontrol yang digunakan. Selanjutnya tim melakukan spesifikasi mesin yang akan dibuat, spesifikasi yang diperlukan berupa dimensi gerak sumbu mesin dan bahan material yang akan diproses. Setelah itu dilanjutkan pembuatan konsep mekanisme kerja mesin serta sistem kontroler yang akan digunakan. Setelah konsep matang, langkah selanjutnya adalah pembuatan desain 3D menggunakan Software Solid Works
12
agar dapat dievaluasi apakah sudah sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan dan juga menghitung jumlah material yang diperlukan dalam pembuatan mesin Hybrid powder spray CNC 2 axis. Proses pengerjaan dibagi menjadi dua, yaitu pembuatan komponen mekanik seperti: rangka, dudukan motor stepper, sliding guide, bearing and support. Yang kedua yaitu perakitan komponen elektrik yang berupa power supply, MCB, relay, driver, breakout board, sesuai dengan rancangan yang dibuat. Selanjutnya komponen mekanik dan elektrik dirangkai menjadi satu produk mesin dan diuji, apabila uji coba mesin bekerja sesuai harapan, mesin akan diuji coba untuk membuat sebuah spesimen uji. Apabila masih terdapat error dalam kinerjanya maka harus dilakukan desain ulang guna memperbaiki kesalahan atau kegagalan yang ada. Jika sudah tidak ada trouble lagi, mesin siap digunakan untuk proses coating. 3.2. Prinsip Kerja Mesin Prinsip kerja mesin hybrid powder spray CNC 2 axis adalah gun coating menyemprotkan powder/serbuk coating pada plat/benda kerja yang akan dicoating, pergerakan dari gun coating diatur menggunakan motor stepper nema yang dihubungkan dengan ballscrew yang berfungsi sebagai transmisi pergerakannya. Mesin ini terdiri dari 2 sumbu axis yaitu sumbu X dan Y, pada sumbu X pergerakannya mengunakan motor stepper nema 23 sedangkan sumbu Y menggunakan motor stepper nema 34. 3.3. Spesifikasi Mesin Spesifikasi mesin ini memiliki batas-batas tertentu untuk dimensi rangka, dimensi ruang, dimensi transmisi dan dimensi gerak aktual pergerakannya yaitu dapat dilihat pada Tabel 3.1, Tabel 3.2,Tabel 3.3. Tabel 3.1. Dimensi rangka dan ruang Dimensi mesin
Ukuran (mm)
Panjang
1300
Lebar
750
Tinggi
1600
Ruang
4000 x 3000 x 3000
13
Tabel 3.2. Spesifikasi pada penggerak Dimensi
Ukuran
Sumbu X:
Motor stepper nema 23
Massa = 1,3 kg, holding torque = 3 N.m Detent torque = 0,1 N.m
Diameter = 16±0,5 mm, Panjang = 1300 mm
Ballscrew
Sumbu Y:
Motor stepper nema 34
Massa = 3,5 kg, holding torque = 6,8 N.m Detent torque = 0,23 N.m
Ballscrew
Diameter = 20±0,5 mm, Panjang = 1300 mm Tabel 3.3. Dimensi gerak aktual
Dimensi
Limits
Sumbu X
861,83 mm
Sumbu Y
910,30 mm
3.4. Bagian-Bagian Utama Mesin Hybrid Powder Spray CNC 2 Axis Dalam pembuatan Mesin Hybrid powder spray CNC 2 axis dengan pengendali Software Artsoft Mach3 diperlukan elemen-elemen yang terdiri dari bagian-bagian yang memiliki fungsi dan kegunaan masing-masing yang kemudian disusun menjadi suatu kesatuan yang memiliki kegunaan lebih kompleks dan mampu memenuhi kebutuhan yang diharapkan. Berikut ini bagian-bagian utama pada Mesin Hybrid powder spray CNC 2 axis: 1. Rangka Pada pembuatan Mesin ini terdapat 2 rangka yaitu rangka utama dan rangka lengan: a) Rangka Utama : Rangka utama yang berfungsi sebagai penopang rangka lengan dan dudukan sumbu Y. Dapat dilihat pada Gambar 3.2 di bawah ini:
14
Gambar 3.2. Rangka Utama b) Rangka lengan : Rangka lengan yang berfungsi sebagai penopang gun coating serta dudukan sumbu X. Dapat dilihat pada Gambar 3.3 di bawah ini:
Gambar 3.3. Rangka lengan 2. Motor Stepper Nema 23 Motor Stepper Nema 23 ini berfungsi sebagai motor penggerak untuk menggerakan sumbu X. Motor Stepper ini diletakan menjadi 1 dengan rangka lengan. Dapat dilihat pada Gambar 3.4 di bawah ini:
Gambar 3.4. Motor Stepper Nema 23
15
3. Motor Stepper Nema 34 Motor Stepper Nema 34 ini berfungsi sebagai motor penggerak untuk menggerakan sumbu Y. Dapat dilihat pada Gambar 3.5 di bawah ini:
Gambar 3.5. Motor Stepper Nema 34 4. Ballscrew Ballscrew ini terdapat 2 buah, 1 untuk sumbu X dan 1 untuk sumbu Y yang digunakan sebagai transmisi penggerak sumbu X dan sumbu Y yang dihubungkan dengan Motor Stepper Nema masing-masing. Dapat dilihat pada Gambar 3.6 di bawah ini:
Gambar 3.6. Ballscrew 5. Housing Bearing Housing bearing ini digunakan sebagai alat pendukung untuk penahan atau dudukan rumah pada ballscrew. Dapat dilihat pada Gambar 3.7 di bawah ini:
Gambar 3.7. Housing bearing
16
6. Bearing Bearing Roll ini digunakan sebagai alat pendukung untuk pergerakan sumbu yang dihubungkan pada sumbu satu dengan sumbu yang lainnya. Dapat dilihat pada Gambar 3.8 di bawah ini:
Gambar 3.8. Bearing 7. Limit Switch Limit Switch ini digunakan sebagai alat pendukung untuk menghentikan atau mematikan pergerakan sumbu X dan Y. Dapat dilihat pada Gambar 3.9 di bawah ini:
Gambar 3.9. Limit switch 8. Gun coating Gun coating merupakan Kontrol untuk mengatur besar kecilnya jumlah bahan yang keluar dalam sekali tekan atau semprot. Knob adalah yang mengatur jarak lubang nozzle dengan jarum nozzle ketika posisi pelatuk spray gun di tekan. Dapat dilihat pada Gambar 3.10 di bawah ini:
17
Gambar 3.10. Gun coating 9. Kompresor Kompresor merupakan alat mekanik untuk meningkatkan tekanan fluida mampu mampat. Kompresor ini berfungsi untuk mengalirkan udara yang digunakan dalam proses menyemprotkan powder coating. Dapat dilihat pada Gambar 3.11 di bawah ini.
Gambar 3.11. Kompresor 10. Kontrol unit coating (Colo-660) Colo-660 merupakan suatu kontrol unit coating yang digunakan untuk mengatur tekanan udara dari kompresor ke gun coating dan keluaran powder pada nozzle gun coating. Dapat dilihat pada Gambar 3.12 di bawah ini.
Gambar 3.12. Colo-660
18
11. Artsoft Mach 3 Artsoft Mach 3 merupakan software yang bisa mengubah komputer dekstop menjadi sebuah piranti kontroller mesin CNC. Artsoft Mach 3 bekerja pada PC Windows untuk mengendalikan gerakan motor stepper dengan mengolah G-Code. Mach3 dapat mentransformasi gambar-gambar menjadi G-Code yang kemudian digunakan sebagai pengendali mesin. Dapat dilihat pada Gambar 3.13 di bawah ini.
Gambar 3.13. Tampilan artsoft mach 3 12. Power Supply Power Supply merupakan alat atau perangkat keras yang mampu menyuplai tenaga atau tegangan listrik secara langsung dari sumber tegangan listrik ke tegangan listrik yang lainnya. Disini Power Supply digunakan sebagai penyedia daya untuk driver motor stepper, cooling fan, dan lamp. Dapat dilihat pada Gambar 3.14 di bawah ini.
Gambar 3.14. Power supply
19
13. Stepper Driver Stepper driver berfungsi untuk menerima sinyal keluaran dari rangkaian breakout board yang kemudian menerjemahkannya untuk memberikan input tegangan dan frekuensi tertentu. Stepper driver ini mengendalikan arah putaran motor dengan cara membalik urutan pemberian tegangan pada lilitan motor stepper. Dapat dilihat pada Gambar 3.15 di bawah ini.
Gambar 3.15. Stepper driver 14. Breakout Board Breakout Board (BOB) berfungsi menghubungkan sinyal data dari komputer dengan perangkat input maupun output. BOB merupakan komponen
utama
yang
digunakan
untuk
merakit
mesin
CNC,
menghubungkan sinyal data dari komputer menuju driver atau relay, serta menghubungkan sinyal input dari luar untuk bisa dibaca komputer. Dapat dilihat pada Gambar 3.16 di bawah ini.
Gambar 3.16. Breakout Board
20
15. Relay Relay
merupakan
suatu
piranti
yang
bekerja
berdasarkan
elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor (saklar) yang tersusun. Kontaktor akan tertutup (On) atau terbuka (Off) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Dapat dilihat pada Gambar 3.17 di bawah ini.
Gambar 3.17. Relay 16. MCB (Mini Circuit Breaker) MCB (Mini Circuit Breaker) berfungsi sebagai alat pengaman arus lebih. MCB ini memproteksi arus lebih yang disebabkan oleh terjadinya beban yang berlebih dan arus lebih karena adanya hubungan pendek. Dapat dilihat pada Gambar 3.18 di bawah ini.
Gambar 3.18. Mini Circuit Breaker
21
3.5. Alur Kerja Sistem Kontroler Mesin Hybrid Powder Spray CNC 2 Axis
Personal Komputer
Limit Switch
Emergency Stop
Breakout Board
Driver sumbu X
Motor Stepper X axis
Driver sumbu Y
Motor Stepper Y axis
Gambar 3.19. Alur kerja sistem kontroler hybrid powder spray CNC 2 axis. Pada Gambar 3.19 menerangkan skema alur kerja sistem kontroler pada mesin hybrid powder spray CNC 2 axis. Ketika operator memasukkan sebuah perintah atau program ke dalam PC (personal computer) yang sudah terinstal software Artsoft Mach3, perintah itu akan diteruskan ke breakout board yang berfungsi sebagai penghubung antara PC dengan perangkat kontroler lainya. Kemudian perintah akan diteruskan ke salah satu driver X axis, Y axis, semua driver, atau hanya beberapa driver sesuai dengan perintah yang dimasukan oleh operator. Dari driver perintah yang berupa pulsa akan diteruskan ke motor stepper sehingga motor stepper berputar sebanyak sekian step atau langkah sesuai perintah. Motor stepper yang berputar akan menggerakan
22
aktuator yang di mesin ini berupa ballscrew. Input yang diterima kontroler mesin ini tidak hanya bersumber dari PC saja, tetapi juga dari beberapa perangkat elektronik lain, yaitu limit switch yang berfungsi memberikan perintah kepada breakout board untuk menghentikan pergerakan motor karena pergerakan sumbu yang melebihi batas gerak kerja, artinya limit switch disini sebagai triger atau pemicu, yang aktif secara otomatis. Emergency stop button juga merupakan perangkat elektronik yang memberikan input pada kontroler mesin CNC ini, emergency stop button mempunyai fungsi yang sama dengan limit switch, yaitu memberikan perintah kepada breakout board untuk menghentikan pergerakan motor, tetapi input ini diberikan ketika pada saat mesin melakukan proses dan terjadi error atau ketidak sesuaian dengan program yang diinginkan, ketika tombol emergency stop ditekan kontroler dan mesin secara otomatis akan dalam keadaan mati. 3.6. Alur Kerja Motor Stepper 3.6.1. Alur Kerja Pergerakan Motor Sumbu X
Gambar 3.20. Alur kerja pergerakan motor sumbu X Pada Gambar 3.20 menerangkan alur kerja sistem kontroler dari input hingga motor stepper sumbu X berputar. Pada saat perintah dimasukan melalui software Mach 3 pada komputer breakout board akan menerima perintah tersebut, kemudian breakout board akan meneruskan perintah tersebut ke
23
stepper driver melalui tiga sinyal, yaitu EN, DIR, dan PULS. Sinyal EN berfungsi untuk mengaktifkan stepper driver. Sinyal DIR berfungsi untuk memberi perintah agar motor berputar searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Dan sinyal PULS berfungsi untuk memberikan pulse berupa frekuensi, frekuensi tersebut digunakan motor stepper untuk mengatur jumlah pergerakan atau step. 3.6.2. Alur Kerja Pergerakan Motor Sumbu Y
Gambar 3.21. Alur kerja pergerakan motor sumbu Y Pada Gambar 3.21 menerangkan alur kerja sistem kontroler dari input hingga motor stepper sumbu Y berputar. Pada saat perintah dimasukan melalui software Mach3 pada komputer breakout board akan menerima perintah tersebut, kemudian breakout board akan meneruskan perintah tersebut ke stepper driver melalui tiga sinyal, yaitu EN, DIR, dan PULS. Sinyal EN berfungsi untuk mengaktifkan stepper driver. Sinyal DIR berfungsi untuk memberi perintah agar motor berputar searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Dan sinyal PULS berfungsi untuk memberikan pulse berupa frekuensi, frekuensi tersebut digunakan motor stepper untuk mengatur jumlah pergerakan atau step.
24
3.7. Alur Kerja Rangkaian Arus
Gambar 3.22. Alur kerja rangkaian arus Pada Gambar 3.22 menerangkan alur kerja rangkaian arus dari input PLN ke rangkaian arus mesin. Input PLN sebesar 220 Volt terhubung dengan main switch mesin sebagai penghubung dan pemutus arus menuju cooling fan dan 3 buah MCB. MCB 1 terhubung dengan power supply untuk rangkaian arus stepper driver sumbu X, MCB 2 terhubung dengan power supply untuk rangkaian arus stepper driver sumbu Y, sedangkan MCB 3 terhubung dengan rangkaian arus breakout board, relay, push button dan plot lamp.
