MESIN CNC Kuspriyanto, Hari Seputro Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung
[email protected],
[email protected] Abstrak Manfaat komputer saat ini cukup beragam mulai sebagai alat bantu menulis, menggambar, mengedit foto, memutar video, memutar lagu sampai analisis data hasil penelitian maupun untuk mengoperasikan program-program penyelesaian problem-problem ilmiah, industri dan bisnis. Dunia anak telah lama mengenal alat permainan game yang dikendalikan oleh sistem komputer. Di bidang industri, komputer telah dipergunakan untuk mengontrol mesin-mesin produksi dengan ketepatan tinggi (misalnya CNC, sebuah mesin serba guna dalam industri metal) sehingga dapat kita jumpai berbagai produk industri logam yang bervariasi dan kita bayangkan sulit apabila dikerjakan secara manual. Gambar 1. Mesin Bubut CNC 1.
Pendahuluan Awal lahirnya mesin CNC (Computer Numerically Controlled) bermula dari 1952 yang dikembangkan oleh John Pearseon dari Institut Teknologi Massachusetts, atas nama Angkatan Udara Amerika Serikat. Semula proyek tersebut diperuntukkan untuk membuat benda kerja khusus yang rumit. Semula perangkat mesin CNC memerlukan biaya yang tinggi dan volume unit pengendali yang besar. Pada tahun 1973, mesin CNC masih sangat mahal sehingga masih sedikit perusahaan yang mempunyai keberanian dalam mempelopori investasi dalam teknologi ini. Dari tahun 1975, produksi mesin CNC mulai berkembang pesat. Perkembangan ini dipacu oleh perkembangan mikroprosesor, sehingga volume unit pengendali dapat lebih ringkas. Dewasa ini penggunaan mesin CNC hampir terdapat di segala bidang. Dari bidang pendidikan dan riset yang mempergunakan alat-alat demikian dihasilkan berbagai hasil penelitian yang bermanfaat yang tidak terasa sudah banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari masyarakat banyak.
Gambar 2. Mesin Frais CNC
2.
Jenis Mesin CNC Di industri menengah dan besar, akan banyak dijumpai penggunaan mesin CNC dalam mendukung proses produksi. Secara garis besar, mesin CNC dibagi dalam 2 (dua) macam, yaitu : a. Mesin bubut CNC b. Mesin frais CNC
3.
Cara Mengoparasikan Mesin CNC Secara umum, cara mengoperasikan mesin CNC dengan cara memasukkan perintah numeric melalaui tombol-tombol yang tersedia pada panel instrument di tiap-
1
Gambar 4. Referensi Inkremental
tiap mesin. Setiap jenis mesin CNC mempunyai karakteristik tersendiri sesuai dengan pabrik yang membuat mesin tersebut. Namun demikian secara garis besar dari karakteristik cara mengoperasikan mesin CNC dapat dilakukan dengan dua macam cara, yaitu : a.
Sistem Absolut Pada sistem ini titik awal penempatan alat potong yang digunakan sebagai acuan adalah menetapkan titik referensi yang berlaku tetap selama proses operasi mesin berlangsung. Untuk mesin bubut, titik referensinya diletakkan pada sumbu (pusat) benda kerja yang akan dikerjakan pada bagian ujung. Sedangkan pada mesin frais, titik referensinya diletakkan pada pertemuan antara dua sisi pada benda kerja yang akan dikerjakan. Sejalan dengan berkembangnya kebutuhan akan berbagai produk industri yang beragam dengan tingkat kesulitan yang bervariasi, maka telah dikembangkan berbagai variasi dari mesin CNC. Hal ini dimaksud untuk memenuhi kebutuhan jenis pekerjaan dengan tingkat kesulitan yang tinggi. Berikut ini diperlihatkan berbagai variasi mesin CNC.
Gambar 3. Referensi Absolut
Gambar 5. Mesin Bubut CNC Modern
b. Sistem Incremental Pada system ini titik awal penempatan yang digunakan sebagai acuan adalah selalu berpindah sesuai dengan titik actual yang dinyatakan terakhir. Untuk mesin bubut maupun mesin frais diberlakukan cara yang sama. Setiap kali suatu gerakan pada proses pengerjaan benda kerja berakhir, maka titik akhir dari gerakan alat potong itu dianggap sebagai titik awal gerakan alat potong pada tahap berikutnya.
2
Display: Standard VGA Input Device: Mouse
Gambar 6. Mesin Frais CNC Modern
Perkembangan jenis pekerjaan yang menggunakan peranan mesin CNC sejalan dengan kebutuhan teknologi manufaktur semakin meningkat. Oleh karena itu dikembangkan pula perangkat PC yang dapat melayani mesin CNC dengan kinerja yang mampu mengatasi beberapa faktor kesulitan yang dijumpai pada proses manufaktur. Gambar 8 memperlihatkan tampilan monitor mesin CNC jenis E·IPC700-ECKELMANN, DNC NT-2000, WinPromateII Baronics, Mirac PC, CamSoft, ProMotion® iCNC, maupun yang sejenis. 4.
PC untuk Mesin CNC PC (Personal Computer) sebagai perangkat input bagi mesin CNC sangat penting peranannya untuk memperoleh kinerja mesin CNC. Oleh karena itu setiap pabrik yang memproduksi mesin CNC juga memproduksi atau merekomendasi spesifikasi PC yang digunakan sebagai input bagi mesin CNC produksinya. Pada mesin CNC untuk keperluan unit latih (Training Unit) atau dengan operasi sederhana, baik tampilan pada monitor maupun eksekusi program, maka PC yang dipergunakan sebagaimana pada mesin CNC jenis LOLA 200 MINI CNC, LEMU IITM, EMCO TU, maupun yang sejenis.
Gambar 8. Tampilan Monitor 2
Tampilan pada gambar di atas dihasilkan oleh PC dengan spesifikasi minimum : Processing : Pentium III 1 GHz and 133 MHz Processor Bus Main : 256 MB RAM (expandable to 512 MB RAM) Single DIMM Slot Memory Video : 4 MB Retentive Variable Storage : 32K NVRAM (onboard) for PC Control Diagnostics Functions : Watchdog Timer, Temperature and Fan Status Monitoring Front LED Indicators (5) : Function (Text mode), Shift/ CAPS Lock, HDD/Error, Power, Compact Flash Ready Storage Device : Removable 2.5" Hard Disk Drive, 20GB Compact Flash : (1) Port - Front Access – Not Supported in Windows NT USB (Rev 1.0) : (1) Port - Side Access – Not Supported in Windows NT (2) Ports Front Access – Not Supported in Windows NT Serial Port : (2) RS232 serial ports Parallel
Gambar 7. Tampilan Monitor 1
Tampilan pada gambar di atas dihasilkan oleh PC dengan spesifikasi minimum : System Unit: IBM PC or compatible (80286 and up) Operating System: MS-DOS or PC-DOS version 3.0 or later Main Memory: 640KB RAM minimum Hard Disk Space: 2MB
3
Parallel Port : ECP+EPP parallel port Ethernet : 10/100 Base T Ethernet PS/2 : PS/2 keyboard and PS/2 mouse ports Expansion Slots : One PCI Slot, One PCI/ISA SlotExpansion Display : 15" Active Matrix LCD (1024x 768 resolution) Touch Screen Control : Standard unit does not include touch screen control. Touch screen control is a factory-installed option. Vertical Side Keys : 8 keys along each side of display for PC Control. Optionally, these keys may be factory configured as direct inputs to a GE Fanuc CNC via I/O Link. Numeric/Control Keys : Full numberic keypad and Keyboard functions (Arrow keys, Tab, esc, space, alt, delete, ctrl, etc.) Horizontal Keys : 28 keys located below display. Text mode key (locking) for alpha characters. CAPS Lock key for alpha characters caps switch. Floppy Disk Drive : External FDD Connector for operator panel mounting Compact Disk Rom Drive : External IDE Connector for operator panel mounting Power Supply : Removable 120/240 Power Supply, Auto Sensing Operating System : Windows NT, Windows 2000 Outline Specification : 18.85in (W) x 13.86in (H) x 7.16in (D) 478.8mm (W) x 352.0mm (H) x 181.9mm (D) Environmental Protection : IP65 when panel mounted Standards and Certification : CE and UL Hazardous (Class1, Division 2)
G02/G03 : Interpolari melingkar G04 G21 G24
: Waktu tinggal diam. : Blok kosong : Penetapan radius pada pemrograman harga absolut G25/M17: Teknik sub program G27 : Perintah melompat 2) Pemotongan ulir G33 Pemotongan ulir dengan kisar tetap sama G64 Motor asutan tak berarus G65 Pelayanan kaset G66 Pelayanan antar aparat RS 232 G73 Siklus pemboran dengan pemutusan tatal G78 Siklus penguliran G81 Siklus pemboran G82 Siklus pemboran dengan tinggal diam. G83 Siklus pemboran dengan penarikan G84 Siklus pembubutan memanjang G85 Siklus pereameran G86 Siklus pengaluran G88 Siklus pembubutan melintang G89 Siklus pereameran dengan tinggal diam. G90 Pemrograman harga absolut G91 Pemrcgraman harga inkremental G92 Pencatat penetapan G94 Penetapan kecepatan asutan G95 Penetapan ukuran asutan G110 Alur permukaan G111 Alur luar G112 Alur dalam G113 Ulir luar G114 Ulir dalam G115 Permukaan kasar G116 Putaran kasar
5.
Kode Standar Mesin CNC Mesin CNC hanya dapat membaca kode standar yang telah disepakati oleh industri yang membuat mesin CNC. Dengan kode standar tersebut, pabrik mesin CNC dapat menggunakan PC sebagai input yang diproduksi sendiri atau yang direkomendasikan. Kode standar pada mesin CNC yaitu :
3) Fungsi M M00 Berhenti terprogram M03 Sumbu utama searah jarum jam M05 Sumbu utama berhenti M06 Penghitungan panjang pahat, penggantian pahat M08 Titik tolak pengatur M09 Titik tolak pengatur Ml 7 Perintah melompat kembali M22 Titik tolak pengatur M23 Titik tolak pengatur
a. Mesin Bubut 1) Fungsi G G00 : Gerakan cepat G01 : Interpolasi linear
4
M26 M30 M99 M98
M08 M09 M20 Hubungan keluar M21 M22 M23 M26 Hubungan keluar- impuls M30 Program berakhir M98 Kompensasi kocak / kelonggaran otomatis M99 Parameter dari interpolasi melingkar (dalam hubungan dengan G02/303)
Titik tolak pengatur Program berakhir Parameter lingkaran Kompensasi kelonggaran / kocak Otomatis
b. Mesin Frais 1) Fungsi G G00 Gerakan cepat G01 Interpolasi lurus G02 Interpolasi melinqkar searah iarum Jam G03 Interpolasi melinqkar berlawanan arah jarum jam G04 Lamanya tingqal diam. G21 Blok kosonq G25 Memanqqil sub program G27 Instruksi melompat G40 Kompensasi radius pisau hapus G45 Penambahan radius pirau G46 Pengurangan radius pisau G47 Penambahan radius pisau 2 kali G48 Penguranqan radius pisau 2 kali G64 Motor asutan tanpa arus (Fungsi penyetelan) G65 Pelavanan pita magnet (Fungsi penyetetan) G66 Pelaksanaan antar aparat dengan RS 232 G72 Siklus pengefraisan kantong G73 Siklus pemutusan fatal G74 Siklus penguliran (jalan kiri) G81 Siklus pemboran tetap G82 Siklus pemboran tetap dengan tinj diam G83 Siklus pemboran tetap dengan pembuangantatal G84 Siklus penquliran G85 Siklus mereamer tetap G89 Siklus mereamer tetap denqan tinqqal diam. G90 Pemroqraman nilai absolut G91 Pemroqraman nilai inkremental G92 Penqqeseran titik referensi
c. Tanda Alarm A00 Salah kode G/M A01 Salah radius/M99 A02 Salah nilaiZ A03 Salah nilai F A04 Salah nilai Z A05 Tidak ada kode M30 A06 Tidak ada kode M03 A07 Tidak ada arti A08 Pita habis pada penyimpanan ke kaset A09 Program tidak ditemukan A10 Pita kaset dalam pengamanan A11 Salah pemuatan A12 Salah pengecekan A13 Penyetelan inchi/mm dengan memori program penuh A14 Salah posisi kepala frais / penambahan jalan dengan LOAD ┴ / M atau ┤ / M A15 Salah nilai Y. A16 Tidak ada nilai radius pisau frais A17 Salah sub program A18 Jalannya kompensasi radius pisau frais lebih kecil dari nol 6.
Mesin CNC Generasi Baru Operator mesin CNC yang akan memasukkan program pada mesin sebelumnya harus sudah memahami gambar kerja dari komponen yang akan dibuat pada mesin tersebut. Gambar kerja biasanya dibuat dengan cara manual atau dengan computer menggunakan program CAD (Computer Aided Design). Seiring dengan kemajuan teknologi di bidang computer, maka telah dikembangkan suatu software yang berisi aplikasi gambar teknik dengan CAD yang sudah dapat diminta untuk menampilkan program untuk dikerjakan dengan mesin CNC. Aplikasi program tersebut dikenal dengan sebutan CAM (Computer Aided
2) Fungsi M M00 Diam M03 Spindel frais hidup.searahjarumjam M05 Spindel frais mat! M06 Penggeseran alat, radius pisau frais masuk M17 Kembali ke program pokok
5
Gambar 11. Tampilan Simulasi Mesin Frais CAM
Manufacturing). Software CAM pada umumnya dibuat oleh pabrik yang membuat mesin CNC dengan tujuan untuk mengoptimalkan kinerja mesin CNC yang diproduksinya. Dengan menggunakan software CAM, seorang operator cukup membuat gambar kerja dari benda yang akan dibuat dengan mesin CNC pada PC. Hasil gambar kerja dapat dieksekusi secara simulasi untuk melihat pelaksanaan pengerjaan benda kerja di mesin CNC melalui layer monitor. Apabila terdapat kekurangan atau kekeliruan, maka dapat diperbaiki tanpa harus kehilangan bahan. Jika hasil eksekusi simulasi sudah sesuai dengan yang diharapkan, maka program dilanjutkan dengan eksekusi program mesin. Program mesin yang sudah jadi dapat langsung dikirim ke mesin CNC melalui jaringan atau kabel atau ditransfer melalui media rekam.
Gambar 12. a. Mesin CAD/CAM
Gambar 9. Tampilan Gambar Kerja dengan software CAD/CAM
Gambar 12.b Mesin CAD/CAM Gambar 10. Tampilan Simulasi Mesin Bubut CAM
6
7.
Masa Depan Mesin CNC Dengan perkembangan teknologi informasi, maka di masa datang dimungkinkan input mesin CNC dapat berasal dari gambar kerja manual yang dibaca melalui scan, kemudian diinterpretasikan oleh PC yang terkoneksi dengan mesin CNC. Hasil dari pembacaan scan akan diolah oleh software pada PC menjadi program simulasi berupa CAD/CAM. Selanjutnya hasil simulasi akan dieksekusi menjadi program mesin CNC yang siap dieksekusi untuk membuat benda kerja.
[4] [5]
[6]
[7] 8.
9.
Kesimpulan a. Mesin CNC sangat berperan dalam industri manufaktur yang memproduksi komponen atau bagian suatu mesin/alat yang presisi dengan jumlah massal. b. PC sebagai input bagi mesin CNC peranannya sangat dominan dalam kinerja mesin CNC. Mesin CNC yang digunakan untuk mengerjakan benda kerja dengan tingkat kesulitan yang tinggi dibutuhkan PC dengan kinerja yang tinggi pula. c. Mesin CNC memiliki kode standar sebagai input yang dapat dieksekusi melalui PC yang direkomendasikan oleh pabrik mesin CNC untuk mengoperasikan mesin CNC. d. Industri pembuat mesin CNC selain menyediakan software untuk mesin CNC juga menyediakan software perancangan CAD/CAM yang bersinergi dengan mesin CNC yang diproduksinya.
Friedmann-Maier-Strabe 9, A-5400 Hallein, Austria, 1988. Franek Laser & Fab System, 9501 Chicago Ave So Mpls 55420. Global Spec® The Engineering Search Engine, ©1999-2005 Global Spec. All rights reserved. Global Spec Inc. 350 Jordan Rd, Troy, NY, 12180. James V. Valentino and Joseph Goldenberg, Introduction to Computer Numerical Control, Publisher : Regents/Prentice Hall. JPN. Sumarno, Pengenalan Teknologi Komputer dan Manfaatnya, Copyright © 19962003. AIII-ITB. Allright Reserved.
10. Biografi Penulis Dr. Kuspriyanto, Dosen LSKK, Departemen Teknik Elektro, Institut Teknologi Bandung. Hari Seputro, Mahasiswa S2 Teknologi Informasi, Departemen Teknik Elektro, Institut Teknologi Bandung.
Daftar Pustaka [1] ESPRIT The Right Choice, © Copyright 2000 - 2003, DP Technology Corp. All Rights Reserved. 1150 Avenida Acaso, Camarillo, CA 93012 USA
[email protected] Phone: +1 805 388 6000 Fax: +1 805 388 308 [2] EMCO MAIER & CO, Petunjuk Pemrograman EMCO TU-2A, Friedmann-Maier-Strabe 9, A-5400 Hallein, Austria, 1988. [3] EMCO MAIER & CO, Petunjuk Pemrograman EMCO TU-3A,
7
