BAB II MINI PORTABLE CNC 3 AXIS
Kehidupan manusia yang semakin berkembang dan tidak jalan ditempat membuat ilmu pengetahuan dan teknologi ikut berkembang. Hal ini memicu manusia untuk menghasilkan sesuatu yang dapat membantu dalam kegiatan dan pekerjaan mereka. Perkembangan ini dimaksudkan agar manusia dapat memanfaatkan Sumber Daya Alam yang ada dengan baik dan benar. Manusia mengembangkan alat-alat dan mesin-mesin yang dikerjakan secara otomatis dan bekerja secara terus menerus. Pembaca diharapkan mengetahui cara kerja dari mini portable cnc 3 axis dengan lebih mudah dan mengetahui setiap bagian utama dari mini portable cnc 3 axis.
2.1
Pengertian Mini Portable CNC 3 Axis Computer Numerical Control / CNC (berarti "komputer kontrol numerik") merupakan sistem otomatisasi Mesin perkakas yang dioperasikan oleh perintah yang diprogram secara abstark dan disimpan dimedia penyimpanan, hal ini berlawanan dengan kebiasaan sebelumnya dimana mesin perkakas biasanya dikontrol dengan putaran tangan atau otomatisasi sederhana menggunakan CAM. Kata NC sendiri adalah singkatan dalam Bahasa inggris dari kata Numerical Control yang artinya Kontrol Numerik. Mesin NC pertama diciptakan pertama kali pada tahun 40-an dan 50-an, dengan memodifikasi Mesin perkakas biasa. Dalam hal ini Mesin perkakas biasa ditambahkan dengan motor yang akan menggerakan pengontrol mengikuti titik-titik yang dimasukan kedalam sistem oleh perekam kertas. Mesin perpaduan antara servo motor dan mekanis ini segera digantikan dengan sistem analog dan kemudian komputer digital, menciptakan Mesin perkakas modern yang disebut Mesin CNC (computer numerical control) yang dikemudian hari telah merevolusi proses desain. Saat ini mesin CNC
7
8
mempunyai hubungan yang sangat erat dengan program CAD. Mesin-mesin CNC dibangun untuk menjawab tantangan di dunia manufaktur modern. Dengan mesin CNC, ketelitian suatu produk dapat dijamin hingga 1/100 mm lebih, pengerjaan produk masal dengan hasil yang sama persis dan waktu permesinan yang cepat.
2.2
Cara Kerja Mini Portable CNC 3 Axis Pada proses pembuatan suatu produk langkah pertama adalah membuat desain gambar 2D/3D menggunakan software CAD seperti: Autodesk Inventor, Solidworks. Desain yang sudah
dibuat
kemudian
dikonversikan
menjadi G-Code melalui software CAM. Program G-Code kemudian dimasukkan kedalam Software CNC Controller yang sudah terpasang pada personal komputer yang berbasis Windows, pada mesin ini software CNC Controller yang dipakai adalah Mach3. Program G-Code yang sudah dimasukkan kemudian dibaca oleh Mach3 dan dikonversi menjadi bit informasi yang diteruskan ke breakoutboard melalui parallel port. Bit informasi kemudian dikonversi menjadi pulse dan directions ke dalam driver sehingga motor dapat berputar sesuai perintah yang ada dalam program G-Code. Penjelasan cara kerja dapat dilihat lebih lanjut pada manual book. 2.3
Komponen Mini Portable CNC 3 Axis 1.
Motor Stepper Motor Stepper bekerja berdasarkan pulsa-pulsa yang diberikan pada lilitan fasenya dalam urut-urutan yang tepat. Selain itu, pulsapulsa itu harus menyediakan arus yang cukup besar pada lilitan fase
9
tersebut. Karena itu untuk pengoperasian Motor Stepper pertama-tama harus mendesain suatu sequencer logic untuk menentukan urutan dari lilitan fase motor dan kemudian menggunakan suatu penggerak (driver) untuk menyediakan arus yang dibutuhkan oleh lilitan fase.
Gambar 2.1 Motor Stepper
2.
Ball Screw Ball screw adalah aktuator linier yang bertindak untuk mengubah gerak putar menjadi gerak lurus dengan gesekan kecil. Gesekan yang terjadi bisa kecil dikarenakan antara nut dengan bolt terdapat ball (gotri) yang berfungsi untuk mengurangi koefisien gesek. Lain halnya dengan lead screw yang tidak memiliki ball (gotri) antara nut dengan boltnya.
Gambar 2.2 Ball Screw
10
3.
Plum coupling Plum
coupling
adalah
suatu
alat
yang
befungsi
untuk
menghubungkan dua shaft guna menyalurkan suatu gerak (torsi), secara sederhana plum coupling berfungsi sebagai sambungan. Cara kerja plum coupling ialah sederhana, shaft yang digerakan dan shaft yang menggerakan dihubungkan pada ujung plum coupling, pada awalnya kedua shaft diam, saat awal shaft penggerak mulai bekerja (berputar), terjadi hentakan di plum coupling, untuk meredam hentakan ini maka digunakanlah komponen peredam di dalam plum coupling yang terbuat dari karet.
Gambar 2.3 Plum Coupling
4.
Spindle Motor Spindle motor berfungsi sebagai pemutar tool pahat dalam CNC.
Gambar 2.4 Spindle Motor
11
5.
Bearing Bearing adalah suatu elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung secara halus, aman dan berumur panjang.
Gambar 2.5 Bearing
6.
Break Out Board (BOB) Break Out Board (BOB) adalah card electronic yang berfungsi menghubungkan sinyal data dari komputer dengan peripheral 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 agar dapat dibaca oleh komputer. BOB menggunakan parallel port komputer DB25, bisa bekerja menggunakan software MACH3 maupun software lain sejenis yang bekerja dengan parallel port DB25.
Gambar 2.6 Break Out Board
12
7.
DB25 Male/Female Parallel port (DB-25) adalah salah satu jenis soket pada personal komputer untuk berkomunikasi dengan peralatan luar seperti printer model lama. Karena itu parallel port sering juga disebut printer port. Perusahaan yang memperkenalkan port ini adalah Centronic, maka port ini juga disebut dengan Centronics port.
Gambar 2.7 Port DB-25
8.
PWM (Pulse Width Modulation) PWM (Pulse Width Modulation) adalah salah satu teknik modulasi dengan mengubah lebar pulsa (duty cycle) dengan nilai amplitudo dan frekuensi yang tetap. Satu siklus pulsa merupakan kondisi high kemudian berada di zona transisi ke kondisi low. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Duty Cycle merupakan representasi dari kondisi logika high dalam suatu periode sinyal dan di nyatakan dalam bentuk (%) dengan range 0% sampai 100%, sebagai contoh jika sinyal berada dalam kondisi high terus menerus artinya memiliki duty cycle sebesar 100%. Jika waktu sinyal keadaan high sama dengan keadaan low maka sinyal mempunyai duty cycle sebesar 50%.
13
Gambar 2.8 PWM
9.
Microstepping Driver Microstepping adalah cara menggerakkan stator flux dari Motor Stepper dengan lebih halus dari metode full atau half step. Hasilnya mampu mengurangi noise yang ditimbulkan sampai 0 Hz dan menghasilkan sudut step yang lebih kecil. Teknik microstepping mampu mengendalikan Motor Stepper dari 1/3 full step sampai 1/32 full step, bahkan memungkinkan lebih kecil dari itu. Untuk aplikasi dari Motor Stepper dengan teknik microstepping yang digunakan untuk menge-drive Motor Stepper sebagai penggerak utama koordinat x-y-z.
Gambar 2.9 Microstepping Driver
14
10. Power supply switching Power supply switching sebagai alat atau perangkat keras yang mampu menyuplai tenaga atau tegangan listrik secara langsung dari sumber tegangan listrik ke tegangan listrik yang lainnya. Power supply biasanya digunakan untuk komputer sebagai penghantar tegangan listrik secara langsung kepada komponen-komponen atau perangkat keras lainnya yang ada di komputer tersebut.
Gambar 2.10 Power Supply Switching
11. Push button Push button adalah perangkat/saklar sederhana yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dengan sistem kerja tekan unlock (tidak mengunci). Sistem kerja unlock disini berarti saklar akan bekerja sebagai alat penghubung atau pemutus aliran arus listrik saat tombol ditekan, dan saat tombol tidak ditekan (dilepas), maka saklar akan kembali pada kondisi normal.
Gambar 2.11 Push button
15
12. Emergency button Emergency switch button berfungsi sebagai tombol pengaman saat mesin
beroperasi.
Saat
terjadi
keadaan
darurat
yang
dapat
membahayakan pengoperasian mesin dan operator mesin.
Gambar 2.12 Emergency switch button
13. Magnetic contactor Magnetic contactor adalah sebuah komponen yang berfungsi sebagai penghubung/kontak dengan kapasitas yang besar dengan menggunkan daya minimal. Sebuah kontaktor terdiri dari koil, beberapa kontak Normally close (NC) dan beberapa kontak Normally open (NO). pada saat satu kontaktor normal, NO akan membuka dan pada saat kontaktor bekerja, NO akan menutup. Sedangkan kontak NC sebaliknya. Koil adalah lilitan yang apabila diberi tegangan akan terjadi magnetisasi dan menarik kontak-kontaknya sehingga terjadi perubahan atau bekerja. Kontaktor yang dioperasikan secara elektromagnetis adalah salah satu mekanisme yang paling bermanfaat yang pernah dirancang untuk penutupan dan pembukaan rangkaian listrik.
16
Gambar 2.13 Magnetic Contactor
14. Miniature Circuit Breaker (MCB) Miniature Circuit Breaker (MCB) merupakan salah satu komponen dalam instalasi listrik yang berfungsi sebagai pemutus dan pengaman suatu rangkaian kelistrikan apabila terjadi hubung singkat maupun beban lebih (over load). MCB akan memutuskan arus apabila arus yang melewatinya melebihi dari arus maksimal MCB.
Gambar 2.14 MCB
15. Personal Komputer Personal Komputer adalah seperangkat komputer yang digunakan oleh salah satu orang saja/pribadi. Personal Komputer disini berfungsi sebagai controller mesin, kode G atau G-code dikonversi oleh software Mach 3 menjadi bit informasi.
17
Personal Komputer dibagi menjadi tiga bagian, antara lain: 1.
Hardware (perangkat keras) berupa CPU, Monitor, Keyboard dan Mouse.
2.
Software (perangkat lunak) berupa Windows 7 dan Mach 3.
Gambar 2.15 Personal Computer
2.4
Kelebihan dan Kelemahan A. Kelebihan 1.
Otomasi Proses produksi benda cukup menggunakan 1 operator dan bisa diproduksi secara massal dengan waktu yang cukup singkat.
2.
Presisi Ukuran pada benda yang diproduksi memiliki tingkat keakuratan yang cukup tinggi, sehingga meminimalisir kesalahankesalahan ukuran yang berakibat kerugian pada bahan material.
3.
Flexibility Sistem yang berbasis komputer membuat mesin ini sangat mudah untuk diatur dan dijalankan.
B. Kelemahan 1. Dimensi kerja terbatas yaitu hanya 400x300 mm saja. 2. Perawatan yang intens dan teliti terhadap mesin. 3. Tidak semua orang dapat mengoperasikan mesin, hanya orang terlatih saja yang bisa.
18
4. Untuk melakukan pemotongan yang sederhana diperlukan program untuk mengoperasikannya. 2.5
Spesifikasi Mini Portable CNC 3 Axis Untuk diketahui secara rinci bahwa spesifikasi Mini portable cnc 3 axis adalah sebagai berikut: 1.
2.
3.
Meja a.
Panjang
: 545
b.
Lebar
: 360
c.
Tinggi
: 655
Mini portable cnc 3 axis a.
Tinggi Vertikal
: 660 mm
b.
Panjang Horizonta
: 570 mm
c.
Lebar Horizontal
: 450 mm
d.
Bahan
: 6061 and 6063 Hard aluminum alloy
Motor Stepper a.
4.
5.
2.6
Nema 23, 3A, 1.8°/step
Spindle Motor a.
Daya
: 300W
b.
Putaran
: 12000 rpm
Sistem Operasi
: auto/manual
Fungsi Mini Portable CNC 3 Axis Fungsi dari mesin ini sebagai pengolahan bahan sesuai dengan program G-Code yang dibuat. Bahan yang dapat diolah antara lain: kayu, acrylic, teflon, nilon dan benda non-logam. Hasil dari pengolahan bahan menjadi produk 2,5D. selain itu mesin ini dapat menjadi trainer/media pembelajaran siswa teknik mekatronika SMK N 7 Semarang dalam bidang teknologi automasi dan mekatronika. Untuk kedepannya diharapkan mesin ini dapat ditingkatkan dengan cara:
19
1.
menambah jumlah axis
2.
menambah sistem dust vacum
3.
menambah automatic tool changer
sehingga fungsionalitas dari mesin ini dapat meningkat yang berdampak pada kualitas dan kuantitas produk yang dihasilkan.
2.7
Prinsip Kerja Prinsip dari mesin ini secara umum tidak berbeda dengan mesin konvensional 3-axis pada umumnya yaitu untuk memotong/mengukir bahan sehingga menjadi produk yang mempunyai kualitas dan kepresisian tinggi, hanya saja yang membedakan yaitu dalam proses pengontrolan yang dilakukan secara otomatis. Prinsip pengontrolan mesin ini lebih banyak menggantikan fungsi operator, antara lain: 1.
Mengatur kontrol gerakan axis
2.
Mengatur kondisi pemotongan (kecepatan potong, kecepatan makan dan kedalaman potong)
3.
2.8
Mengatur kecepatan spindle.
Fasilitas Peralatan Dalam pembuatan Mini portable cnc 3 axis cukup banyak peralatan yang digunakan. Diantaranya adalah mesin las argon, mesin gerinda tangan, mesin gerinda duduk, mesin bor tangan dan masih banyak lagi yang lainnya. (Data terlampir).
2.9
Biaya Pembelian Bahan a.
Biaya Komponen Biaya komponen adalah keseluruhan pembiayaan yang dikeluarkan untuk pembuatan Mini portable cnc 3 axis dari segi elektrikalnya. (Data terlampir)
20
b.
Biaya Mekanik Biaya mekanik adalah keseluruhan pembiayaan yang dikeluarkan untuk pembuatan Mini portable cnc 3 axis dari segi mekaniknya. (Data Terlampir)
2.10 Biaya Tenaga Biaya jasa untuk 8 orang : @1 orang/hari
Rp
35.000
1 bulan ( Rp 35.000 x 24 x 8 orang )
Rp 6.720.000
2.11 Biaya Keseluruhan Pembuatan Tugas Akhir Sekolah Tabel 2.1 Biaya Keseluruhan
No
BAGIAN
TOTAL (RP)
1
MEKANIK
14.552.452,00
2
ELEKTRIK
4.742.250,00
3
LAIN-LAIN
2.528.000,00
TOTAL
21.822.702,00
2.12 Harga Jual Produk Harga jual Mini Portable CNC 3 Axis : = ∑ kalkulasi harga
+ Keuntungan
= ( ∑ harga keseluruhan + Biaya Jasa )
+ Keuntungan
= ( Rp 21.822.702 + Rp 6.720.000 )
+ ( ∑ kalkulasi harga x 20%)
= Rp 28.542.702
+ ( Rp 28.542.702 x 20% )
= Rp 28.542.702
+ Rp 5.708.540
= Rp 34.251.242 = Rp 34.250.000
