BAB III SPESIFIKASI & PROSES PEMBUATAN MINI PORTABLE CNC 3 AXIS Pada bab 3 ini hal yang akan dibahas meliputi spesifikasi mesin, proses pembuatan, pengoperasian alat serta perawatan Mini Portable CNC 3 Axis. Dimana ketiga proses ini merupakan bagian utama yang wajib diperhatikan dalam pembuatan Mini Portable CNC 3 Axis. Berikut beberapa penjelasan tentang spesifikasi mesin, pembuatan rangka, pengoperasian alat serta perawatan dari Mini Portable CNC 3 Axis.
3.1
Spesifikasi Komponen Elektrik 1.
Spindel Spindel yang dipakai adalah tipe HXKJ-GS52-300W yang memiliki kipas pendingin dan menggunakan chuck tipe ER11, berikut spesifikasinya: Tabel 3.1 Spesifikasi Spindel Kecepatan dan Voltase
SPESIFIKASI Deskripsi
Detail
Satuan
A.Spindel
Kecepatan
Voltase
12
3000
Tegangan kerja:
12 – 48
V
24
6000
Daya:
300
W
35
9000
Torsi:
230
Nm
48
12000
Hambatan insulasi:
>2
megaohm
Insulasi kekuatan dielektrik:
400
V
Diameter:
52
Mm
diameter shaft:
16
Mm
Panjang (tanpa shaft):
175
Mm
Berat:
1.5
Kg
21
22
B. Chuck ER11 Diameter penahan
3.175
Mm
Ketelitian
0.03
Mm
2.
Breakoutboard Breakoutbord yang digunakan adalah tipe 5-axis breakoutboard yang memiliki spesifikasi sebagai berikut: Tabel 3.2 Spesifikasi Breakoutboard 5v langsung dari PC, 12-24v
3.
Power input:
(optional)
Kompatibel dengan driver
Maksimal 5 driver microstep
stepper:
controller
Tipe driver:
Kontrol sinyal pulse dan direction
Berat:
75g
Dimensi:
90*70*20mm
Stepper Motor Pada mesin ini menggunakan motor stepper tipe Nema 23 dengan seri 57BYGH78-401A, berikut spesifikasi: Tabel 3.3 Spesifikasi Stepper Motor Model: Shaft:
57BYGH78-401A Single Shaft (Diameter:6.35mm; Panjang:21mm)
Voltase:
3.36VDC
Ampere:
2.8A/Phase
Sudut per step:
1.8°±5%
Phase:
2 Phases
23
Hambatan phase:
1.2*(1+10%)Ω/Phase
Induktansi phase:
5*(1+20%)mH/Phase
Torsi:
1.8N.m
pemosisian torsi:
700gf.cm
Insulasi resistansi:
≥100MΩ (500VDC)
kelas insulasi:
Kelas B
Berat:
1.0Kg
Tabel 3.4 Konfigurasi Step pada Stepper Motor Konfigurasi Step Microstep
S1
S2
S3
OFF
0
0
0
1
0
0
1
1/2A
0
1
0
1/2B
0
1
1
¼
1
0
0
1/8
1
0
1
1/16
1
1
0
OFF
1
1
1
Tabel 3.5 Konfigurasi Ampere pada Stepper Motor Konfigurasi Ampere Current(A)
S4
S5
S6
0.5
0
0
0
1
1
0
0
1.5
0
1
0
2
1
1
0
2.5
0
0
1
24
4.
3
1
0
1
3.5
0
1
1
4
1
1
1
Pulse Width Modulation (PWM) spindle motor Pada mesin ini proses pengontrolan spindle motor memakai pulse width modulation (PWM), berikut spesifikasi dari PWM: Tabel 3.6 Spesifikasi PWM
Deskripsi
Nilai
Support AC dan DC input
DC Input: DC 15-160V AC Input: 12-110V input
Support ampere:
10A
PWM input:
level 3.5-12V VPP 1K-10 KHz (dapat disetting dari MACH3 spindle
Frequency :
5.
speed kontrol.)
Mircostepping Driver Pada mesin ini stepper motor dikontrol oleh microstepping driver. Berikut spesifikasi dari microstepping driver: Tabel 3.7 Spesifikasi Microstepping Driver
Tegangan input
12V-40VDC, Rekomendasi DC24V or DC36V
Tegangan kerja driver
5V DC
Kuat arus output
Maksimal ampere 4A/phase, 8 opsi konfigurasi
Mode gerakan
konstan ampere PWM Control
Konfigurasi step
1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16
Model pendingin
Pendingin natural
Working Environment
25
Kondisi
korosif
ii) Kelembapan
＜80％RH
iii) Temperatur
0°C～+50°C
vi) Getaran
5.9m/s2 MAX
Temperatur penyimpanan
3.2
Tidak boleh berdebu, terkena minyak dan terkena gas
-20°C～+65°C
Ukuran
116×76×26 mm
Berat
0.3K
Spesifikasi Personal Computer 1.
Operating system : Windows 7 Ultimate.
2.
Processor
: Dual core 2.3 G hz.
3.
RAM
: 2 GB.
4.
Hardsik
: 60 GB.
Pada mesin ini spesifikasi minimum PC yang dibutuhkan untuk menjalankan software Mach3, sebagai berikut: Windows 2000/XP Operating System 1Ghz CPU 512MB RAM Non-integrated Video Card with 32MB RAM Desktop PC if using the Mach3 Driver (Laptops are not supported because the power saving features of the chipsets disrupt the pulse stream)
3.3
Proses Pengerjaan Mini Portable CNC 3 Axis memiliki 2 jenis pengerjaan, yaitu pengerjaan mekanik dan elektrik. Kami akan menjelaskan proses pembuatan Mini Portable CNC 3 Axis dalam bentuk per bagian-bagian. Kami juga
26
menggunakan teknologi yang ada untuk proses pembuatan frame mini portable CNC 3 Axis. Salah satu nya menggunakan plsama cutting
Gambar 3.1 Proses Pembuatan Frame
Dalam proses cutting kami mendesign terlebih dahulu part – part yang kami inginkan dengan menggunakan software AutoCAD dan Inventor. Setelah proses pendesignan selesai kami inputkan ke mesin plasma cutting. Untuk foto-foto proses pengerjaan data terlampir. Adapun hasil dari design kami sebagai berikut: 1. Penopang Axis X Penopang Axis X adalah termasuk bagian mekanik Mini Portable CNC 3 Axis yang berfungsi untuk menyangga linier guide dan ass screw axis Y. Nantinya bagian ini akan menopang gerak dari axis Y.
27
Gambar 3.2 Penopang Axis X
2. Penopang Axis Y Penopang Axis Y adalah termasuk bagian mekanik Mini Portable CNC 3 Axis yang berfungsi untuk menyangga linier guide dan ass screw axis Y. Nantinya bagian ini akan menopang gerak dari axis Y.
Gambar 3.3 Penopang Axis Y
3. Penopang Axis Z Penopang Axis Z adalah termasuk bagian mekanik Mini Portable CNC 3 Axis yang berfungsi untuk menyangga linier guide dan ass screw axis Z. Nantinya bagian ini akan menopang gerak dari axis Z.
28
Gambar 3.4 Penopang Axis Z
4. Rangka Axis X Pada setiap rangka terdiri dari part-part yang disatukan menjadi satu kesatuan. Pada rangka axis x ini dapat dilihat bahwa proses perakitan memiliki uratan-urutan tersendiri. Rangka axis x ini sebagai rangka penggerak dari axis x.
Gambar 3.5 Perakitan Rangka Axis X
5. Rangka Axis Y Sama halnya dengan rangka axis x. Axis y juga memiliki urutan pemasangan, namun di axis y ini memiliki tambahan part yaitu bed
29
table yang berfungsi sebagai tempat meletakan benda kerja yang akan dikerjakan.
Gambar 3.6 Perakitan Rangka Axis Y
6. Rangka Axis Z Rangka axis z sebagai rangka yang menopang motor spindle yang berfungsi sebagai penggerak tool pahat, sehingga perlu ditambahkan cekam spindle agar spindle rigid dan tidak mudah untuk bergeser, karena apabila bergeser akan berpengaruh pada hasil pengerjaan benda.
Gambar 3.7 Perakitan Rangka Axis Z
30
7. Meja dan Box panel CNC Meja dan Box panel kami rancang agar dapat dengan mudah untuk dibongkar dan dipasang kembali, kami menggunakn pipe hole sebagai kaki-kaki meja, dan plat besi sebagi bed meja
Gambar 3.8 Meja dan Box Panel CNC
31
3.4
Installasi dan Konfigurasi Mach3
Gambar 3.9 Flow Chart Install dan Konfigurasi Mach3
32
• Install Mach3 Berikut langkah instalasi Mach3: 1.
Buka folder yang berisi Mach3_setup.exe dan jalankan file tersebut
Gambar 3.10 Tahap 1 Proses Install Mach3
2.
Setelah muncul jendela seperti gambar dibawah lalu pilih next.
Gambar 3.11 Tahap 2 Proses Install Mach3
3.
Lalu akan muncul jendela License agreement seperti pada gambar dibawah, pilih I agree to the term of this license agreement kemudian pilih next.
33
Gambar 3.12 Tahap 3 Proses Install Mach3 4.
Lalu akan muncul jendela destinasi penginstalan Mach3 seperti gambar dibawah, pilih change untuk memilih tempat penyimpanan instalasi, kemudian pilih next.
Gambar 3.13 Tahap 4 Proses Install Mach3 5.
Akan muncul jendela tentang fitur-fitur penginstalan Mach3 yang akan diinstal seperti gambar dibawah, lalu pilih next untuk melanjutkan penginstalan.
34
Gambar 3.14 Tahap 5 Proses Install Mach3 6.
Lalu akan muncul jendela profil instalasi seperti gambar dibawah, lalu pilih next untuk memilih default profil name dan melanjutkan instalasi.
Gambar 3.15 Tahap 6 Proses Install Mach3 7.
Kemudian muncul jendela yang memberitahu bahwa Mach3 akan segera diInstall seperti gambar dibawah, pilih next untuk melanjutkan.
35
Gambar 3.16 Tahap 7 Proses Install Mach3 8.
Setelah penginsalan Mach3 selesai, akan muncul
jendela
penginsatalan driver parallel port, pilih next untuk melanjutkan instalasi.
Gambar 3.17 Tahap 8 Proses Install Mach3 9.
Kemudian akan muncul jendela seperti gambar dibawah yang memberitahu bahwa instalasi sudah selesai, pilih finish untuk mengakhiri instalasi dan secara otomatis PC akan mereboot ulang.
36
Gambar 3.18 Tahap 9 Proses Install Mach3 • Konfigurasi Input dan Output Mach 3 1.
Membuka menu config, kemudian buka ports and pins
Gambar 3.19 Sub-Menu Ports and Pins
2.
Memilih tab motor output, mengaktifkan axis x, y, z, dan spindle motor. Kemudian merubah nilai pada kolom Step port dan Dir port menjadi 1.
37
Gambar 3.20 Dialog Box Ports and Pins
3.
Mengubah nilai Step pin# dan Dir pin#.. Berikut contohnya : •
X Axis
: Step pin# = 2 dan Dir pin# = 3
•
Y Axis
: Step pin# = 4 dan Dir pin# = 5
•
Z Axis
: Step pin# = 8 dan Dir pin# = 9
•
Spindle
: Step pint# = 1 dan Dir pin# = 0
Gambar 3.21 Dialog Box Ports and Pins
38
4.
Memilih Tab input signal
Gambar 3.22 Tab Input Signal
5.
Mengaktfkan kolom Enable active low
Gambar 3.23 Tab Input Signal
39
6.
Mengubah nilai pin number pada kolom • E-Stop : 10
Gambar 3.24 Tab Input Signal
7.
Selanjutnya setting spindle setup, perhatikan pada gambar berikut
Gambar 3.25 Tab Spindle Setup
40
8.
Setting konfigurasi motor tuning mach 3, buka menu config kemudian motor tuning
Gambar 3.26 Sub-Menu Motor Tuning
9.
Mengubah nilai step per pada axis X, axis Y, dan axis Z.
Gambar 3.27 Dialog Box Motor Tuning and Setup
41
10. Mengatur kecepatan grafik pergerakkan sumbu dengan mengubah knob pada accel dan velocity
Gambar 3.28 Dialog Box Motor Tuning and Setup
11. Jika sudah pilih “Save axis setting” dan pilih “Ok”. 12. Comissioning Mach 3, merupakan serangkaian pengujian dan pemeriksaan parameter mesin yang telah dikerjakan. 13. Tekan alt+6, untuk membuka setting. 14. Pilih jendela setting memilih tombol sets per unit pada axis calibration. 15. Selanjutnya memilih sumbu yang akan di commisioning seperti pada gambar berikut.
Gambar 3.29 Dialog Box Axis Selection
42
16. Akan muncul jendela mengenai seberapa jauh jarak yang akan ditempuh oleh sumbu yang dipilih seperti pada gambar berikut, kemudian pilih ok.
Gambar 3.30 Dialog Box Answer This
17. Lalu akan muncul kembali jendela untuk menanyakan seberapa jauh jarak yang telah ditempuh oleh sumbu, perhatikan gambar berikut.
Gambar 3.31 Dialog Box Answer This
18. Mach 3 otomatis akan mengkalkulasikan dengan sendirinya pulse per steps yang dibutuhkan untuk motor.
Gambar 3.32 Dialog Box Set Steps Per Unit 19. Setelah selesai kemudian pilih ok.
Gambar 3.33 Dialog Box Mach3Scripts
43
3.5
Kalibrasi Frame Setelah melakukan konfigurasi hardware electric, langkah selanjutnya adalah kalibrasi frame. Dilakukan kalibrasi frame agar benda yang dibuat bisa sesuai dengan design. Untuk langkah dalam melakukan kalibrasi adalah sebagai berikut : 1.
Nyalakan mesin dan buka aplikasi Mach 3.
2.
Gerakkan Axis Y, lakukan pemakanan terhadap benda. Gunakan benda yang siku dengan meja. Perhatikan hasil pemakanan lurus atau tidak.
3.
Jika tidak, kalibrasi frame gawangan axis X.
4.
Kalibrasi dilakukan dengan cara mengencangkan baut pada frame. Lakukan hingga hasil pemakanan lurus.
5.
Jika sudah lurus, lakukan trial dengan membuat bentuk persegi atu lingkaran.
6.
Jika bentuk tidak persegi atau lingkaran berbentuk oval, lakukan kalibrasi ulang pada axis X dan axis Y.
7.
Kalibrasi axis X dan axis Y dengan cara menyamakan putaran ball screw.
8.
Lakukan trial kembali, jika belum bisa lakukan kalibrasi ulang.
44
3.6
Alur Kerja Sistem Kontroler Elektrik
Gambar 3.34 Alur Kerja Sistem Kontroler Mini Portable CNC 3 Axis
Pada gambar 3.7 menerangkan skema alur kerja sistem kontroler pada mesin Mini Portable CNC 3 Axis. Ketika operator memasukan sebuah perintah atau program kedalam PC (personal computer) yang sudah terinstal software Artsoft Mach3, perintah itu akan diteruskan ke breakoutboard
45
yang befungsi sebagai penghubung antara PC dengan perangkat kontroler lainnya. Kemudian perintah akan diteruskan ke salah satu driver X Axis, Y axis, Z 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 actuator yang di mesin ini berupa ballscrew. Selain diteruskan ke breakoutboard, perintah dari software Airsoft Mach3 juga diteruskan ke PWM (Pulse With Modulation) yang berfungsi sebagai penghubung antara PC dengan spindle motor sehingga spindle tersebut berputar yang akan menggerakkan endmill/pahat. PWM ini juga berfungsi untuk mengatur kecepatan putaran spindle motor.
3.7
Pengoperasian Alat 1. Nyalakan MCB yang ada di box panel. 2. Nyalakan komputer. 3. Nyalakan Mesin CNC 3 Axis. 4. Buka aplikasi CAD (Inventor, solidworks, dll). 5. Desain gambar sesuai dengan perintah kerja. 6. Simpan gambar dengan format (.DWG). 7. Buka aplikasi Master CAM, lalu klik file dan eksport file gambar tadi untuk kemudian dikonvert menjadi G-Code. 8. Buka aplikasi mach3. 9. Setting axis x, y, dan z. 10. Load G-Code pada Mach3.
46
3.8
Perawatan Mesin 1. Periksa kondisi pada setiap komponen. 2. Ganti komponen yang telah mengalami kerusakan atau komponen yang tidak bekerja sesuai dengan semestinya. 3. Bersihkan setiap bagian dengan menyemprotkan angin dari kompresor setelah penggunaan mesin. 4. Berikan pelumasan pada linear guide dan ball screw.
