perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
LAPORAN PROYEK AKHIR DESAIN DAN ANALISIS RANGKA LENGAN CNC SUMBU Z PADA PC BASED CNC MILLING MACHINE Disusun guna memenuhi sebagian syarat Untuk menyelesaikan studi dan mendapatkan gelar Ahli Madya Teknik Mesin
Oleh: MUHAMAD ARIF RAHMATULLAH NIM I8112024
PROGRAM DIPLOMA TIGA TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015 commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan atas ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa 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 Tiga Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta 2. Bapak Jaka Sulistya Budi, ST., selaku Koordinator Tugas Akhir Jurusan Diploma Tiga Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. 3. Bapak Sukmaji Indro Cahyono., S.T., M.Eng. selaku pembimbing I dari penulis 4. Ibu Indri Yaningsih, S.T., M.T. selaku pembimbing II dari penulis 5. Keluarga yang senantiasa memberikan do’a, dukungan dan motivasi untuk bersemangat dalam menyelasaikan setiap tugas perkuliahan 6. Teman-teman diploma tiga yang bersama-sama membuat Tugas akhir 7. Mas Rudi, Mas Bowo, Mas Adi, dan Mas Mardi yang telah membimbing dan membantu penulis dalam pembuatan laporan dan proyek akhir ini. Sebagai penutup, penulis menyadari tidak ada yang sempurna dimuka bumi ini, dalam pelaksanaan serta laporan tugas akhir ini masih terdapat kesalahan dan kekurangan. Oleh karena commit itu, penulis memohon maaf dan meminta kritik to user
iii
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
dan saran yang membangun untuk kesempurnaan laporan tugas akhir ini. Akhir kata, semoga tugas akhir serta laporan yang telah terseleaikan bermanfaat bagi semua pihak dan dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 28 Juli 2015
Penulis
commit to user
iv
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DESAIN DAN ANALISIS RANGKA LENGAN CNC SUMBU Z PADA PC BASED CNC MILLING MACHINE Oleh: Muhamad Arif Rahmatullah ABSTRAK PC Based CNC adalah salah satu jenis dari mesin CNC yang di intergrasikan dengan Personal Computer dan menggunakan software pengendali Artsoft Mach3. Mesin ini didesain mampu membentuk benda kerja dengan ukuran 1,8 x 0,9 x 1,45 m. Selain dapat mempersingkat waktu pembuatan mock-up komponen bodi mobil yang terbuat dari Styrofoam, juga dapat meningkatkan akurasi benda kerja yang dihasilkan dibandingkan dengan metode sebelumnya (layer manual). Tujuan proyek akhir ini adalah menghitung kekuatan struktur rangka lengan CNC sumbu Z, proses desain, dan simulasi komputasi dari rangka. Dari hasil perencanaan didapatkan desain dari rangka lengan CNC sumbu Z. Sedangkan dari hasil perhitungan kekuatan rangka didapatkan tegangan maksimum yang terjadi pada rangka sebesar 0,0995 N/mm2 sedangkan tegangan luluh material sebesar 55,14 N/mm2, sehingga desain rangka dinyatakan aman. Kata Kunci: PC Based CNC, desain rangka lengan sumbu Z, kekuatan rangka lengan CNC sumbu Z.
THE DESIGN AND ANALYSIS OF Z AXIS CNC ARM IN PC BASED CNC MILLING MACHINE By: Muhamad Arif Rahmatullah ABSTRACT PC based CNC is one of the type CNC machine that it is intergrated between personal computer and use software controller Artsoft Mach3. This machine is designed form a workpiece with 1.8 x x 1,45 x 0.9 m maximum dimension. It can not only shorten the time a mock-up a body component car manufacture made of Styrofoam, but also improve the accuracy of a workpiece, compare with previous method (manual layering). The purpose of this final project is calculated the stregth structure of Z axis CNC arm, designed the process, and simulated the structure by a computer. From the planning of the it was obtained the Z axis CNC arm design . The calculations of structure strength is resulted, maximum stress is reached at 0,0995 N/mm2 and yield stress of the material is 55,14 N/mm2 , so the design is categorized safe. Keyword: PC Based CNC, Design Of Z axis CNC arm, strength structure of Z axis CNC arm.
commit to user
v
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... ii KATA PENGANTAR ....................................................................................... iii ABSTRAK ......................................................................................................... v DAFTAR ISI ...................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii DAFTAR TABEL ............................................................................................. x DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .................................................................................. 2 1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 2 1.4 Tujuan Tugas Akhir ................................................................................ 3 1.5 Manfaat Tugas Akhir . ............................................................................ 3 BAB II DASAR TEORI 2.1. Mesin CNC............................................................................................. 4 2.1.1 . CNC Tarus .................................................................................... 4 2.1.2 . CNC Router .................................................................................. 5 2.1.3 . CNC Milling Vertikal ................................................................... 5 2.1.4 . PC Based CNC .............................................................................. 5 2.2. Desain .................................................................................................... 6 2.3. Solidwoks ............................................................................................... 9 2.4. Statika ................................................................................................... 10 2.4.1 Gaya Luar ..................................................................................... 11 2.4.2 Gaya Dalam .................................................................................. 11 2.4.3 Tumpuan ....................................................................................... 12 2.5. Analisa Kekuatan Material .................................................................... 13 2.5.1 Tegangan Normal (Normal Stress) ............................................... 13 2.6. Momen .................................................................................................. 16 2.7. Momen Inersia ...................................................................................... 16 2.8. Rangka Batang Sederhana ..................................................................... 18 2.8.1 Metode Perhitungan Struktur Rangka Batang Sederhana ............. 20 2.9. Factor of Safety ..................................................................................... 21 2.9.1 Pemilihan Faktor Keamanan ........................................................ 22 BAB III PERANCANGAN DAN GAMBAR 3.1 Flow Chart Pembuatan PC Based CNC milling 3 axis dengan pengendali software Artsoft Mach3) ....................................................................... 24 3.2 Perancangan Rangka Lengan Sumbu Z .................................................. 26 3.2.1 Dimensi Mobil ................................................................................. 27 commit to user 3.2.2 Panjang Gerak ................................................................................. 27
vi
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
3.2.3 Dimensi Ruangan ............................................................................ 3.3 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC sumbu Z ................................. 3.3.1 Data dan Spesifikasi CNC ............................................................... 3.3.2 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC Sumbu Z ......................... 3.4 Pemilihan Material Rangka Lengan CNC Sumbu Z .............................. 3.5 Perhitungan Kekuatan Rangka Lengan CNC Sumbu Z ......................... BAB IV PEMBUATAN DAN PENGUJIAN 4.1 Perencanaan Gambar ........................................................................... 4.2 Proses Desain ....................................................................................... 4.3 Simulasi Beban Statis Desain Rangka Lengan Cnc Sumbu Z ............. 4.3.1 Desain Rangka Lengan CNC Sumbu Z ........................................... 4.3.2 Proses Simulasi ............................................................................... 4.3.3 Model Komputasi ............................................................................ 4.3.4 Simulasi Kasus ................................................................................ 4.3.5 Faktor Keamanan (Factor Of Safety) .............................................. 4.3.6 Tegangan Von Mises ....................................................................... 4.3.7 Perubahan Bentuk (Displacement) .................................................. BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 5.2 Saran ...................................................................................................... DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ LAMPIRAN .......................................................................................................
commit to user
vii
28 28 28 29 30 31 37 38 44 44 44 46 46 47 47 48 49 50 51 52
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 CNC Tarus....................................................................................... Gambar 2.2 CNC Router ..................................................................................... Gambar 2.3 CNC Milling vertical:...................................................................... Gambar 2.4 PC based CNC .............................................................................. Gambar 2.5 Templates Solidworks...................................................................... Gambar 2.6 Prinsip Statika Keseimbangan ......................................................... Gambar 2.7 Reaksi Tumpuan Rol ....................................................................... Gambar 2.8 Reaksi Tumpuan Sendi.................................................................... Gambar 2.9 Reaksi Tumpuan Jepit ..................................................................... Gambar 2.10 Komponen-Komponen Tegangan Normal Dan Geser Dari Tegangan .......................................................................................................... Gambar 2.11 Batang Prismatik Yang Dibebani Gaya Aksial ............................. Gambar 2.12 Gaya Tarik Aksial ......................................................................... Gambar 2.13 Gaya Tekan Aksial ........................................................................ Gambar 2.14 Batang Mengalami Tegangan Geser ............................................. Gambar 2.15 Momen .......................................................................................... Gambar 2.16 Momen inersia ............................................................................... Gambar 2.17 Struktur gaya luar .......................................................................... Gambar 3.1 Alur kerja tim dalam pembuatan Pembuatan PC Based CNC milling 3 axis dengan pengendali software Artsoft Mach3............................... Gambar 3.2 Dimensi mobil Molina .................................................................... Gambar 3.3 Ball screw ........................................................................................ Gambar 3.4 Gambar Dimensi Ruangan .............................................................. Gambar 3.5 Desain I ........................................................................................... Gambar 3.6 Desain 2 ........................................................................................... Gambar 3.7 Desain 3 ........................................................................................... Gambar 3.8 Rangka lengan CNC sumbu Z ......................................................... Gambar 3.9 Tumpuan dan beban pada rangka sumbu z ..................................... Gambar 3.10 Force Body Diagram..................................................................... Gambar 3.11 Pot. X-X ...................................................................................... Gambar 3.11 Pot. Y-Y ...................................................................................... Gambar 3.13 Diagram NFD, SFD, dan BMD ..................................................... Gambar 3.14 Penampang rangka ........................................................................ Gambar 4.1 Sketsa desain handmade rangka lengan sumbu Z ........................... Gambar 4.2 Gambar Sketsa Profil....................................................................... Gambar 4.3 Extrude Sketsa Profil ....................................................................... Gambar 4.4 lubang baut ...................................................................................... Gambar 4.5 Part batang tinggi ............................................................................ Gambar 4.6 Part batang lebar ............................................................................. commit to user Gambar 4.7 Part bracket ..................................................................................... viii
4 5 5 6 9 11 12 12 12 13 14 14 15 15 16 17 19 25 27 28 28 29 29 30 31 31 32 33 33 34 34 37 38 38 39 39 40 40
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
Gambar 4.8 Part nut............................................................................................ Gambar 4.9 Baut M6 ........................................................................................... Gambar 4.10 Insert Komponen ........................................................................... Gambar 4.11 Assembly total................................................................................ Gambar 4.12 Desain I Rangka lengan CNC sumbu Z. ....................................... Gambar 4.13 Diagram alir simulasi .................................................................... Gambar 4.14 Model Komputasi Rangka. ............................................................ Gambar 4.15 Factor of Safety. ............................................................................ Gambar 4.16 Tegangan Von Mises . ................................................................... Gambar 4.18 Displacement . ..............................................................................
commit to user
ix
41 41 42 43 44 45 46 47 48 48
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Rumus Momen Inersia ....................................................................... Tabel 2.2 Factor of Safety ................................................................................... Tabel 3.1 Dimensi CNC dan Batasan ................................................................. Tabel 3.2 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC sumbu Z .............................. Tabel 3.3. Nilai gaya dalam ................................................................................
commit to user
x
18 24 29 30 34
perpustakaan.uns.ac.id
digilib.uns.ac.id
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Gambar PC Based CNC ................................................................ Lampiran 2. Gambar rangka lengan CNC sumbu Z .......................................... Lampiran 3. Gambar L bracket .......................................................................... Lampiran 4. Gambar Baut dan Nut ....................................................................
commit to user
xi
53 54 55 56
