MESIN PEMOTONG AKRILIK BERBASIS MIKROKONTROLER
FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA JL. DIPONEGORO 52 – 60 SALATIGA – 50711
INTISARI
Pada skripsi ini dirancang dan direalisasikan suatu alat pemotong yang digunakan untuk memotong akrilik. Proses pemotongan akrilik dilakukan berdasarkan pola gambar yang disimpan dalam file plotter dengan file ekstensi .plt. Dalam perancangannya, alat terdiri dari sebuah aplikasi desktop, mikrokontroler dan mekanik penggerak 3 axis. Data dikirim dari Aplikasi Desktop melalui sebuah mikrokontroler yang berfungsi menggerakkan motor stepper. Motor stepper terhubung dengan ulir pada mekanik penggerak sehingga gerakan ulir tergantung pada gerakan motor stepper. Alat yang direalisasikan mempunyai area pemotongan dengan ukuran 50 cm x 50 cm. Dengan menggunakan mesin trimmer sebagai pengganti mesin bor dan mata bor menggunakan jenis endmill, alat ini dapat memotong akrilik dengan ketebalan maksimal 5 mm. Alat yang direalisasikan dapat memotong mengikuti pola gambar. Selain itu dapat mengatur kedalaman potongan. Dengan menggunakan mata bor ukuran 2 mm, ralat maksimum yang dapat dicapai adalah 4 mm untuk pola bagian dalam dan 2.60 mm untuk pola bagian luar.
i
ABSTRACT
The purpose of this final project is to design and build an acrylic cutting tools. Acrylic cutting process based on an image. The image is stored in a file with the extension .PLT . The machine consists of a desktop application, microcontroller and 3 axis mechanical system. The desktop application is used to control the cutting process. Microcontroller is used to receive the image data from the application desktop and transform it into an electrical pulses which is used to control the stepper motor movement. There are 3 stepper motor connected to 3 axis mechanical system. The axis movement depend on the rotation of stepper motor. This machine has a maximum cutting area of 50 cm x 50 cm. It uses a trimmer machine and end-mill drill as cutting tools. It can cut acrylic with a maximum thickness of 5 mm and set the cutting depth as the user requests. By using the drill size of 2 mm, the maximum error that can be achieved is 4 mm for the pattern and 2.60 mm for the outer pattern.
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayahnya kepada penulis sampai selesainya tugas akhir ini. Merupakan suatu kebanggaan bagi penulis atas apa yang telah dicapai dalam mengerjakan tugas akhir dengan judul “Mesin Pemotong Akrilik Berbasis Mikrokontroler” ini. Banyak pelajaran berharga yang penulis dapatkan dalam proses pembuatannya. Semua usaha yang penulis lakukan tentu tidak akan berarti tanpa doa, bantuan, dorongan serta bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada : 1.
Bapak dan Ibu yang telah memberikan segalanya yang mana tidak mungkin bisa penulis balas.
2.
Kakak dan Adik-adikku Mbak Nur, Mas Bani dan Mbak Dian yang selalu memberikan semangat.
3.
Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc dan Bapak Deddy Susilo S.T selaku pembimbing skripsi penulis.
4.
Seluruh pengajar FTEK UKSW yang telah memberikan bekal ilmu dan bimbingan kepada penulis selama mengikuti perkuliahan di UKSW
5.
Mbak Tien, Mbak Rista, Mbak Dita, Pak Bambang, segenap laboran yang telah membantu selama kuliah dan pengerjaan skripsi ini.
6.
Teman - teman satu kasur di LAB-XT, Danus Indra, Aryo “Udin”, Dhika “Mariadi ”Muftia, Yahya, Ditya “Bagong”.
7.
Teman - teman kontrakan Patimura, Pemandangan dan Jambe Wangi 37, Rea “Mbahe” , Demas “Gondrong”, Aldo “Bang Pek Chun”, Ariadi, Aditya “Tolgung”, Simon, Daniel Kawab “DK”.
8.
Teman – teman FTEK yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.
iii
Salatiga, Januari 2013
Penulis
iv
DAFTAR ISI
INTISARI ...................................................................................................................... i ABSTRACT ................................................................................................................. ii KATA PENGANTAR................................................................................................... iii DAFTAR ISI ................................................................................................................ v DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. vii DAFTAR TABEL ........................................................................................................ ix BAB I. PENDAHULUAN........................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang Masalah.................................................................................. 1
1.2
Spesifikasi Sistem ........................................................................................... 3
1.3
Spesifikasi Sistem ........................................................................................... 3
1.4
Sistematika Penulisan ..................................................................................... 4
Bab II. SISTEM MESIN PEMOTONG AKRILIK ...................................................... 5 2.1.
Gambaran Alat................................................................................................ 5
2.2.
Sistem Kerja Mesin Pemotong Akrilik ............................................................ 6
2.3
Komponen Pembentuk Sistem ...................................................................... 1 0
BAB III. PERANCANGAN SISTEM ......................................................................... 12 3.1
3.2
Perancangan Perangkat Keras ....................................................................... 12 3.1.1
Mekanik ................................................................................................ 12
3.1.2
Elektronik ............................................................................................. 16
Perancangan Perangkat Lunak ....................................................................... 24 3.2.2.
Aplikasi Desktop ................................................................................... 24
3.3
Pengiriman Data ............................................................................................ 25
3.4
Menentukan Koordinat Pemotongan .............................................................. 27
3.5
Menghitung Jarak dan Putaran Motor Stepper. ............................................... 30
3.6
Spesifikasi Sistem ......................................................................................... 30
3.7
Diagram Alir..................................................................................................31 3.7.1
Pengolahan Data pada Aplikasi Desktop .............................................. 31
3.7.2
Pengiriman Data dari Aplikasi Desktop ke Mikrokontroler................... 32 v
3.7.3
Proses Mikrokontroler .......................................................................... 34
3.7.4
Proses Inisialisasi ................................................................................. 35
3.7.5
Proses Pemotongan .............................................................................. 36
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ..................................................................... 38 4.1
Pengujian Garis ............................................................................................ 38
4.2
Pengujian Bentuk Segitiga siku- siku ............................................................ 40
4.3
Pengujian Bentuk Lingkaran ......................................................................... 41
4.4
Pengujian Bentuk Bujur Sangkar .................................................................. 42
4.5
Analisa Hasil Pengujian Garis dan Pola Sederhana ........................................ 43
4.5
Pengujian Kedalaman ................................................................................... 47
4.6
Pengujian Dengan Gambar Uji ...................................................................... 47
BAB V. KESIMPULAN ............................................................................................. 49 5.1
Kesimpulan................................................................................................... 49
5.2
Saran Pengembangan .................................................................................... 50
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 51 LAMPIRAN .............................................................................................................. 52
vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Akrilik ...................................................................................................... 1 Gambar 1.2. Tempat Brosur Akrilik .............................................................................. 2 Gambar 2.1. Mesin CNC Cutting .................................................................................. 5 Gambar 2.2. Sumbu Kartesian 3 Dimensi ...................................................................... 6 Gambar 2.3. Mekanik Penggeratk 3 Axis ...................................................................... 7 Gambar 2.4. Cara Kerja Mesin Pemotong Akrilik ......................................................... 8 Gambar 2.5. Motor terhubung ulir ................................................................................. 9 Gambar 2.6. Putaran motor stepper vs gerakan ulir. ..................................................... 10 Gambar 3.1. Blok diagram alat .................................................................................... 12 Gambar 3.2. Rancangan Gambar ................................................................................. 13 Gambar 3.3. Mekanik ................................................................................................. 13 Gambar 3.4. Penggerak X ........................................................................................... 14 Gambar 3.5. Penggerak Y ........................................................................................... 14 Gambar 3.6. Penggerak Z ............................................................................................ 14 Gambar 3.7. Blok Besi tempat linear bearing ............................................................. 15 Gambar 3.8. Mesin Trimmer Makita MT370 ............................................................... 16 Gambar 3.9. Mikrokontroler Atmega 32 ...................................................................... 17 Gambar 3.10. Skematik modul pengendali Mikrokontroler Atmega 32 ........................ 17 Gambar 3.11. Skematik modul transistor sebagai saklar .............................................. 19 Gambar 3.12. Grafik hubungan VDS, ID dan VGS MOSFET ..................................... 20 Gambar 3.13. Skematik modul driver motor stepper.................................................... 20 Gambar 3.14. Skematik modul sensor photo interrupter.............................................. 21 Gambar 3.15. Sensor photo interrupter pembatas atas dan bawah ............................... 21 Gambar 3.16. Sensor photo interrupter X ................................................................... 22 Gambar 3.17. Motor Stepper Sanyo Denki .................................................................. 22 Gambar 3.18. Lilitan motor berdasarkan warna kabel.................................................. 22 Gambar 3.19. Lilitan motor berdasarkan urutan kabel ................................................. 23 Gambar 3.20. Aplikasi Desktop ................................................................................... 24 Gambar 3.21. Garis dengan 2 titik ............................................................................... 27 vii
Gambar 3.22. Garis X dan Y ....................................................................................... 28 Gambar 3.23. Garis X dan Y dalam step ...................................................................... 28 Gambar 3.24. Gerakan motor X dan Y ........................................................................ 29 Gambar 3.25. Diagram alir Pengolahan data pada aplikasi desktop ............................. 31 Gambar 3.26. Diagram alir pengiriman data dari aplikasi desktop ke untai mkrokontroler ............................................................................................................. 32 Gambar 3.27. Diagram Alir proses mikrokontroler ...................................................... 27 Gambar 3.28. Diagram alir proses inisialisasi .............................................................. 32 Gambar 3.21. Diagram Alir proses pemotongan .......................................................... 27 Gambar 4.1. Segitiga siku-siku................................................................................... 40 Gambar 4.2. Lingkaran ............................................................................................... 41 Gambar 4.3. Segiempat 10 cm x 10 cm ....................................................................... 42 Gambar 4.4. Pemotongan garis ................................................................................... 43 Gambar 4.5. Ilustrasi pemotongan pada garis miring ................................................... 43 Gambar 4.6. Pergeseran mata bor pada garis ............................................................... 45 Gambar 4.7. Pergeseran mata bor pada segiempat bagian luar ..................................... 45 Gambar 4.8. Pergeseran mata bor pada segitiga bagian dalam ..................................... 46 Gambar 4.9. Pergeseran mata bor pada segitiga bagian luar......................................... 46 Gambar 4.10. Gambar Uji ........................................................................................... 48 Gambar 4.11. Hasi pemotongan Gambar Uji ............................................................... 48
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Kode perintah HPGL .................................................................................... 6 Tabel 3.1. Ukuran ball screw ....................................................................................... 13 Tabel 3.2. Spesifikasi mesin trimmer Makita MT370 .................................................. 16 Tabel 3.3. Konfigurasi port mikrokontroler. ................................................................ 19 Tabel 3.4. Half Step ..................................................................................................... 23 Tabel 4.1. Pengukuran garis vertikal pada akrilik 2 mm............................................... 38 Tabel 4.2. Pengukuran garis vertikal pada akrilik 5 mm............................................... 39 Tabel 4.3. Pengukuran garis horizontal pada akrilik 2 mm........................................... 39 Tabel 4.4. Pengukuran garis horizontal pada akrilik 5 mm........................................... 39 Tabel 4.5. Pengukuran segitiga siku-siku 5 cmx 5 cm dengan tebal 2 mm. .................. 40 Tabel 4.6. Pengukuran segitiga siku-siku 5 cmx 5 cm dengan tebal 5 mm. .................. 40 Tabel 4.7. Pengukuran lingkaran diameter 9 cm dengan tebal 2 mm. ........................... 41 Tabel 4.8. Pengukuran lingkaran diameter 9 cm dengan tebal 5 mm. ........................... 41 Tabel 4.9. Pengukuran segiempat 10 cm x 10 cm dengan tebal 2 mm. ........................ 42 Tabel 4.10. Pengukuran segiempat 10 cm x 10 cm dengan tebal 5 mm. ...................... 42 Tabel 4.11. Pengukuran Kedalaman. ........................................................................... 47
ix
