DESAIN DAN ANALISIS RANGKA LENGAN CNC SUMBU Y PADA HYBRID POWDER SPRAY CNC 2 AXIS PROYEK AKHIR
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelarAhli Madya (A. Md)
Disusun oleh : KIBAGUS MUHAMMAD ARIFIN NIM. I8113020
PROGRAM DIPLOMA III TEKNIK MESIN PRODUKSI FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2016
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan atas bagi Allah SWT karena atas berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar. Tugas akhir merupakan salah satu mata kuliah wajib yang harus ditempuh oleh mahasiswa Program Studi Diploma Tiga Teknik Mesin Produksi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta sebagai syarat kelulusan dalam menempuh perkuliahan dewasa ini. Pelaksanaan tugas akhir kemudian dilaporkan dalam bentuk laporan sebagai pertanggungjawaban kepada pihak Program Studi. Melalui tugas akhir ini, penulis dapat menyalurkan banyak ilmu yang diperoleh di bangku kuliah lalu diterapkan kedalam sebuah mesin dari tugas akhir ini. Selama proses pelaksanaan tugas akhir maupun penulisan laporan tentunya tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih atas dukungan dan bimbingan kepada: 1. Dr. Budi Santoso, S.T., M.T. selaku ketua jurusan Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 2. Ibu Indri Yaningsih, S.T., M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir Jurusan Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, sekaligus pembimbing II dari penulis. 3. Bapak Miftahul Anwar, PhD selaku pembimbing I dari penulis. 4. Semua Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 5. Bapak, Ibu, dan semua keluarga yang senantiasa memberikan do’a, dukungan dan motivasi untuk bersemangat dalam menyelasaikan setiap tugas perkuliahan. 6. Teman-teman satu tim yang bersama-sama membuat Tugas akhir ini hingga selesai. 7. Mas Hendri dan Mas Arifin yang telah memberikan bimbingan dan bantuannya.
iv
8. Rekan-rekan mahasiswa Diploma III Teknik Mesin angkatan 2013, serta semua pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya proyek akhir dan penyusunan laporan ini. Sebagai penutup, penulis menyadari tidak ada yang sempurna dimuka bumi ini. Oleh karena itu, penulis memohon maaf apabila dalam pelaksanaan serta laporan tugas akhir ini masih terdapat kesalahan dan kekurangan, serta penulis meminta kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan laporan tugas akhir ini. Akhir kata, semoga tugas akhir dan laporan yang telah terseleaikan bermanfaat bagi semua pihak dan dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 20 Juni 2016
Penulis
v
DAFTAR ISI Halaman Judul ................................................................................................ Halaman Pengesahan ....................................................................................... Halaman Berita Acara Ujian ............................................................................ Kata Pengantar ................................................................................................. Abstrak ........................................................................................................... Daftar Isi ......................................................................................................... Daftar Gambar .................................................................................................. Daftar Persamaan ............................................................................................. Daftar Tabel .................................................................................................... Daftar Lampiran .............................................................................................. Daftar Notasi ................................................................................................... BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 1.3 Batasan Masalah ............................................................................. 1.4 Tujuan Proyek Akhir ....................................................................... 1.5 Manfaat Proyek Akhir ..................................................................... 1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................... BAB II DASAR TEORI 2.1 Mesin CNC ...................................................................................... 2.2 Hybrid Powder Spray CNC ............................................................. 2.3 Desain .............................................................................................. 2.4 SolidWorks ....................................................................................... 2.5 Statika .............................................................................................. 2.5.1 Gaya Luar ............................................................................... 2.5.2 Gaya Dalam ............................................................................ 2.5.3 Tumpuan ................................................................................ 2.6 Analisa Kekuatan Material .............................................................. 2.6.1 Tegangan Normal (Normal Stress) ........................................ 2.7 Momen ............................................................................................. 2.8 Momen Inersia ................................................................................. 2.9 Rangka Batang Sederhana ............................................................... 2.10 Factor Of Safety .............................................................................. 2.10.1 Pemilihan Faktor Keamanan ................................................ BAB III PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN 3.1 Flow Chart Pembuatan Hybrid Powder Spray CNC 2 Axis ............ 3.2 Perencanaan Rangka Lengan Sumbu Y........................................... 3.2.1 Dimensi Benda Kerja ............................................................. 3.2.2 Panjang Gerak ........................................................................ 3.2.3 Dimensi Ruangan ...................................................................
vii
i ii iii iv vi vii ix xi xii xiii xiv 1 2 3 3 3 3 5 5 6 7 8 8 9 9 10 10 12 13 14 15 16 17 19 19 19 19
3.3 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC Sumbu Y ........................ 3.4 Pemilihan Material Rangka Lengan CNC Sumbu Y ....................... 3.5 Perancangan Rangka Lengan CNC Sumbu Y ................................. BAB IV PROSES PEMBUATAN MESIN 4.1 Perencanaan Gambar ......................................................................... 4.2 Proses Pembuatan Rangka Lengan Sumbu Y .................................... BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 5.2 Saran ............................................................................................... DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... LAMPIRAN ................................................................................................
viii
20 22 22 29 30 38 38 39 40
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Mesin CNC turning ................................................................... Gambar 2.2 Templates SolidWorks ............................................................... Gambar 2.3 Prinsip statika keseimbangan .................................................... Gambar 2.4 Reaksi tumpuan rol..................................................................... Gambar 2.5 Reaksi tumpuan sendi ................................................................ Gambar 2.6 Reaksi tumpuan jepit .................................................................. Gambar 2.7 Komponen-komponen tegangan normal dan geser .................... Gambar 2.8 Batang prismatik yang dibebani gaya aksial .............................. Gambar 2.9 Gaya tarik aksial ......................................................................... Gambar 2.10 Gaya tekan aksial ....................................................................... Gambar 2.11 Batang mengalami tegangan geser ............................................. Gambar 2.12 Momen ....................................................................................... Gambar 2.13 Momen inersia ............................................................................ Gambar 3.1 Alur kerja pembuatan hybrid powder spray CNC 2 axis ........... Gambar 3.2 Ballscrew .................................................................................... Gambar 3.3 Gambar dimensi ruangan ........................................................... Gambar 3.4 Desain I ...................................................................................... Gambar 3.5 Desain II ..................................................................................... Gambar 3.6 Beban diujung pada rangka sumbu Y ........................................ Gambar 3.7 Asumsi dengan tumpuan sendi ................................................... Gambar 3.8 Free Body Diagram .................................................................... Gambar 3.9 Potongan x-x .............................................................................. Gambar 3.10 Potongan y-y .............................................................................. Gambar 3.11 Diagram NFD, SFD, dan BMD.................................................. Gambar 3.12 Penampang rangka ..................................................................... Gambar 3.13 Penampang hollow steel ............................................................. Gambar 4.1 Sketsa desain handmade rangka lengan sumbu Y ..................... Gambar 4.2 Part rangka lengan 1600 mm ..................................................... Gambar 4.3 Part rangka lengan 120 mm tanpa lubang ................................. Gambar 4.4 Part rangka lengan 120 mm dengan dua lubang ........................ Gambar 4.5 Part rangka lengan 500 mm ....................................................... Gambar 4.6 Part rangka lengan 1400 mm ..................................................... Gambar 4.7 Part rangka lengan 60 mm ......................................................... Gambar 4.8 Part rangka lengan 70 mm ......................................................... Gambar 4.9 Part rangka lengan 100 mm ....................................................... Gambar 4.10 Dudukan motor stepper .............................................................. Gambar 4.11 Part besi L .................................................................................. Gambar 4.12 Mur dan baut M10 ...................................................................... Gambar 4.13 Mur dan baut M20 ......................................................................
ix
5 7 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 17 19 20 20 21 22 22 23 24 25 26 26 27 29 30 30 31 31 31 32 32 32 33 33 34 34
Gambar 4.14 Assembly 1 .................................................................................. Gambar 4.15 Assembly 2 .................................................................................. Gambar 4.16 Assembly 3 .................................................................................. Gambar 4.17 Assembly 4 .................................................................................. Gambar 4.18 Assembly 5 .................................................................................. Gambar 4.19 Assembly 6 .................................................................................. Gambar 4.19 Assembly rangka lengan .............................................................
x
35 35 35 36 36 36 37
DAFTAR PERSAMAAN Rumus 2.1 Rumus 2.2 Rumus 2.3 Rumus 2.4 Rumus 2.5 Rumus 2.6 Rumus 2.7 Rumus 2.8 Rumus 2.9 Rumus 2.10
Persamaan gaya luar (Fx) ............................................................ Persamaan gaya luar (Fy) ............................................................ Persamaan gaya luar (Mx) ........................................................... Mencari tegangan tekan .............................................................. Mencari tegangan geser .............................................................. Perhitungan momen .................................................................... Perhitungan momen inersia ........................................................ Perhitungan Factor of safety 1 .................................................... Perhitungan Factor of safety 2 .................................................... Perhitungan Factor of safety 3 ....................................................
xi
9 9 9 12 12 13 13 15 15 15
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Rumus momen inersia................................................................... Tabel 2.2 Factor of Safety ............................................................................. Tabel 3.1 Pemilihan desain rangka lengan sumbu Y .................................... Tabel 3.2 Nilai gaya dalam ...........................................................................
xii
14 16 20 25
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Tabel 2.1 .............................................................................. Lampiran 2. Tabel 2.2 .............................................................................. Lampiran 3. Mesin hybrid powder spray .................................................. Lampiran 4. Besi hollow sisi belakang ..................................................... Lampiran 5. Besi hollow sliding belakang ................................................ Lampiran 6. Besi hollow sliding depan ..................................................... Lampiran 7. Besi hllow penyangga ........................................................... Lampiran 8. Besi hollow penghubung ...................................................... Lampiran 9. Besi hollow penyangga ......................................................... Lampiran 10. Besi hollow sisi depan .......................................................... Lampiran 11. Besi L sliding ........................................................................ Lampiran 12. Besi hollow sliding ............................................................... Lampiran 13. Plat dudukan motor ............................................................... Lampiran 14. Besi L dudukan sliding .........................................................
xiii
41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
DAFTAR NOTASI Fx Fy MA F
= Gaya normal = Gaya geser = Momen = Gaya
(Newton) (Newton) (N.mm) (Newton)
𝜎
= Tegangan tekan = Gaya aksial = Luas penampang
(N/mm2) (Newton) (mm2)
P A
= Tegangan geser F = Gaya r = Jari-jari d = Diameter M = Momen I = Momen inersia FOS = Factor Of Safety F1 = Gaya rangka lengan F2 = Gaya motor stepper dan ballscrew Nx = Gaya normal Vx = Gaya geser Mx = Momen NFD = Normal Force Diagram SFD = Shear Force Diagram BMD = Bending Momen Diagram Ῡ = Penampang p = panjang l = lebar B = Panjang sisi luar b = Panjang sisi dalam H = Lebar sisi luar h = Lebar sisi dalam Izz = Momen inersia penampang
xiv
(N/mm2) (Newton) (mm) (mm) (N.mm) (mm4) (N/mm) (Newton) (Newton) (Newton) (N.mm)
(mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm4)
DESAIN DAN ANALISIS RANGKA LENGAN CNC SUMBU Y PADA HYBRID POWDER SPRAY CNC 2 AXIS Oleh: Ki Bagus Muhammad Arifin ABSTRAK Hybrid Powder Spray CNC adalah salah satu jenis dari mesin CNC yang dijalankan dengan komputer pribadi, dan menggunakan perangkat lunak pengendali Artsoft Mach3. Mesin ini didesain untuk melapisi material benda kerja supaya terhindar dari korosi. Selain dapat mempersingkat waktu pelapisan benda kerja, mesin ini juga dapat meningkatkan akurasi benda kerja yang dihasilkan jika dibandingkan dengan manual. Tujuan proyek akhir ini adalah menghitung kekuatan struktur rangka, dan proses desain dari rangka lengan CNC sumbu Y. Dengan harapan rangka lengan CNC sumbu Y kuat, dan aman. Sedangkan dari hasil perhitungan kekuatan rangka didapatkan tegangan maksimum yang terjadi pada rangka sebesar 16,25 N/mm2 sedangkan tegangan luluh material ST 37 sebesar 370 N/mm2, sehingga desain rangka lengan CNC sumbu Y ini aman. Kata Kunci: Hybrid Powder Spray CNC, kekuatan rangka lengan CNC sumbu Y, desain rangka lengan CNC sumbu Y.
DESIGN AND ANALYSIS FRAMEWORK OF THE Z AXIS CNC ARM IN HYBRID POWDER SPRAY CNC 2 AXIS By: Ki Bagus Muhammad Arifin ABSTRACT Hybrid Powder Spray CNC is one of the type CNC machine that it run by personal computer and use software controller Artsoft Mach3. This machine is designed to coat workpiece material in order to avoid corrosion. Besides being able to shorten the time to coat workpiece, this machine also be able to improve accuracy of the workpiece produced when compared to manual. The purpose of this final project is calculated the strength structure, and process design of the Y axis CNC arm. With the hope framework of the Y axis CNC arm strong, and secure. Where as from the calculation of the strength structure get maximum stress in framework is 16,25 N/mm2 and yield strength of ST 37 material is 370 N/mm2, so the design of the Y axis CNC arm is safe. Keyword: Hybrid Powder Spray CNC, strength structure of the Y axis CNC arm, Design Of the Y axis CNC arm.
vi
