TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN SIMULATOR CNC MULTIAXIS DENGAN MOTOR STEPPER AC TENANG DWI WIBOWO 2110 030 041 Dosen Pembimbing: Ir. Winarto, DEA Program Studi D3 Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013
Latar Belakang Kebutuhan dunia industri berupa alat yang mampu produksi yang efektif dan efisien. Mesin frais CNC salah satu alat yang mampu melakukan banyak gerakan dibanding mesin perkakas yang lain. Sebagai pembelajaran mengenai CNC. Mesin simulasi yang portable
Rumusan Masalah Bagaimana merancang dan membangun mekanik simulator CNC multiaxis dengan motor stepper AC sesuai dengan kabin pesawat terbang yaitu 500 x 400 x 230 mm. Bagaimana model dan wiring dari simulator CNC multiaxis dengan motor stepper AC Bagaimana sistem gerak yang bisa dilakukan oleh simulator CNC multiaxis dengan motor stepper.
Batasan Masalah Penggunaan motor stepper dengan sudut gerak minimum 1,8°/pulsa Dimensi alat sesuai dengan koper kabin pesawat yaitu 520 x 360 x 230 mm Menggunakan plotter sebagai simulasi dari gerakan Bahan struktur mekanik dari aluminium dengan ketebalan 4 mm Motor tidak menggunkan encoder sebagai feedback Gerakan axis hanya dengan mode JOG yaitu x, y, dan z Gerakan aktuator motor berupa perintah pulse signal input Batasan gerakan sumbu x sejauh 200 mm Batasan gerakan sumbu y sejauh 250 mm Batasan Grakan sumbu z sejauh 70 mm
Tujuan Mengetahui rancangan mekanik simulator CNC multiaxis dengan motor stepper sesuai dimensi kabin pesawat. Mengetahui model dan wiring yang tepat untuk simulator CNC multiaxis dengan motor stepper. Mengetahui simulasi gerak sumbu dari simulator
Manfaat Tugas akhir ini nantinya akan digunakan sebagai bahan ajar dalam lembaga formal. Sebagai penunjang penelitian berikutnya khususnya dibidang CNC Memberikan gambaran sistem kerja gerakan CNC 3 axis dengan motor stepper.
Motor Stepper Motor stepper
Motor stepper tipe hibrid
Lilitan bipolar diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. P
Persyaratan Desain
Gerakan dari masing-masing sumbu dapat dikendalikan secara linier sumbu yaitu sumbu +x, -x, +y, -y, +z, -z
Diagram Alir Tugas Akhir Mulai Mulai
Definisi Masalah
Studi Literatur
Definisi masalah
elektrik
Bagian Mekanik/ Elektrik
mekanik
Konsep dan Desain Mekanik dan Elektrik
Desain Aktuator
Desain Part
Pembuatan Alat
Desain Program
Desain Assembly
Pengujian
Simulasi
Analisa dan Hasil
Gambar 2D
Selesai
Selesai
Blok diagram komponen
Travo 2A
Listrik PLN
Komponen Elektronik •
Mikrokontroller Atmega16 sebagai chip penyimpan program Resistor 4k7 sebagai pull up reset Kapasitor 100µf Kapasitor 470µf Kapasitor 22pf Osilator eksternal
Power Supply dengan input tegangan 220V arus AC dari listrik PLN mampu mensupply daya output yaitu 12V DC dengan arus 2A
Komponen Elektronik (lanjutan) power input type 12V~36VDC AC power input 23V~24V Arus 0,3A – 2.0A Microstepping 1,8o/pulsa Dimensi 96mm x 60mm x 24,5mm berat <200g Temperatur kerja 15 – 18oC -
- Gerakan sudut 1,8o/pulsa - Arus 1A per phase - 2 phase, tegangan 2,7 VDC, - Resistance 2,7 ohm/phase, - Inductance 4,3 mH/phase - Torsi 1400 gcm
Komponen elektronik (lanjutan)
• • •
Tegangan input primer: 110V / 220V / 240V @ AC 50Hz. Tegangan output sekunder: 6V / 9V / 12V / 15V/ 18V / 20V. Arus output sekunder: maksimal 2 A
Permodelan Struktur Mekanik Menggunakan Software CAD 1. Poros luncur sumbu x 2. Ulir penggerak sumbu x 3. Pemegang ploter atau spindle 4. Poros luncur sumbu z 5. Ulir penggerak sumbu z 6. Flang motor sumbu z 7. Back simulator 8. Poros luncur sumbu y 9. Ulir penggerak sumbu y 10. Flang motor sumbu x 11. Flang motor sumbu y 12. Rumah elektrik/ control 13. Penopang sumbu y 14. Bush luncur sumbu x 15. Meja simulator
Pembuatan Simulator CNC Multiaxis
Ulir penggerak
Flang motor stepper
Poros pengarah
Pembuatan Simulator CNC (lanjutan) Mekanik sumbu Z
Mekanik Setelah di assembly
Komponen mekanik siap assembly
Struktur mekanik Simulator CNC
Proses perakitan komponen mekanik stelah di cat
Hasil akhir perakitan
Analisa Perhitungan Perencanaan Ulir penggerak Sumbu X Pemilihan diameter luar ulir penggerak Torsi yang dibutuhkan untuk menggerakkan ulir penggerak Perhitungan tegangan bending Perhitungan tegangan geser Perhitungan tegangan tarik pada daerah kaki ulir
Analisa Perhitungan (lanjutan) Perencanaan Ulir penggerak Sumbu Y Pemilihan diameter luar ulir penggerak Torsi yang dibutuhkan untuk menggerakan ulir penggerak Perhitungan tegangan bending Perhitungan tegangan geser Perhitungan tegangan tarik pada daerah kaki ulir
Analisa Perhitungan (lanjutan) Perencanaan Ulir penggerak Sumbu Z Pemilihan diameter luar ulir penggerak Torsi yang dibutuhkan untuk menggerakan ulir penggerak Perhitungan tegangan bending Perhitungan tegangan geser Perhitungan tegangan tarik pada daerah kaki ulir
Analisa Perhitungan (lanjutan) Perencanaan Motor Stepper masing-masing sumbu x, y,dan z Perencanaan Torsi yang dibutuhkan Motor z Perencanaan Daya yang dibutuhkan
Motor y
Motor x
Rangakaian Elektrik Wiring diagram
Rangakaian Elektrik (lanjutan) Rangkaian Antar Hardware Elektrik
Microstepping
(kiri) pemilihan jumlah langkah/putaran microstepping yaitu 200 pulsa/putaran (tengah) pemilihan arus yang digunakan yaitu 1A (kanan) pemilihan full step
Pemrograman AVR Atmega16
Eksperimen dan Analisa Data Pendukung Data Aktual Mekanik Simulator CNC No
Koefisien
Nilai
Satuan
1
Massa total
8
kg
2
Sumbu x
270
mm
3
Sumbu y
280
mm
4
Sumbu z
70
mm Data motor stepper
No
Koefisien
Nilai
Satuan
1
Detent Torsi
0,06
N.M
2
Hold Torsi
0,14
N.m
3
Langkah
1,8
o/pulsa
Data Pendukung (lanjutan) Data motor driver No
Koefisien
Nilai
Satuan
1
Microstepping
1,8
o/pulsa
2
Arus
1
Ampere (A)
Data Kecepatan Motor Stepper No
Koefisien
1 Kecepatan maksimum 2 Kecepatan minimum
Nilai
Satuan
285,9
Rpm
14,5
Rpm
Pengujian Pemberian Pulsa Diketahui 200 pulsa menghasilkan ¾ putaran maka dapat diketahui panjang langkah jika pengujian dilakukan dengan masukan pulsa yang berbeda. Dengan pitch ulir penggerak 1,75 mm. • Pemberian 500 pulsa
Sehingga didapat panjang aktual gerak sumbu yaitu:
Jadi, dari pemberian 500 pulsa menghasilkan panjang langkah sejauh 3,28 mm.
Sistem Gerak Sumbu X Data Pengujian Gerak Sumbu x+ No Pengujian 1 Pengujian 1 2 Pengujian 2 3 Pengujian 3 Waktu rata-rata
Waktu (detik) 11,85 12,11 12,42 12,12
Data Pengujian Gerak Sumbu xNo 1 2 3
Pengujian Pengujian 1 Pengujian 2 Pengujian 3 Waktu rata-rata
Waktu (detik) 12,02 12,04 13,73 12,59
Analisa Pengujian Sumbu X Pengujian kecepatan gerak sumbu Kecepatan gerak seharusnya Putaran dikali pitch Kecepatan gerak saat pengujian jarak tempuh dibagi waktu tempuh rata-rata Selisih kecepetan
Analisa Pengujian Sumbu X (lanjutan) Pengujian Gerak Sumbu Membuat Garis Lurus
Sistem Gerak Sumbu Y Data Pengujian Gerak Sumbu y+
No Pengujian 1 Pengujian 1 2 Pengujian 2 3 Pengujian 3 Waktu rata-rata
Waktu (detik) 12,67 14,16 12,20 13,01 Data Pengujian Gerak Sumbu y-
No 1 2 3
Pengujian Pengujian 1 Pengujian 2 Pengujian 3 Waktu rata-rata
Waktu (detik) 13,57 12,34 12,44 12,78
Analisa Pengujian Sumbu Y Pengujian kecepatan gerak sumbu
Kecepatan gerak seharusnya Putaran dikali pitch Kecepatan gerak saat pengujian jarak tempuh dibagi waktu tempuh rata-rata Selisih kecepetan
Analisa Pengujian Sumbu Y (lanjutan) Pengujian Gerak Sumbu Membuat Garis Lurus
Sistem Gerak Sumbu Z Data Pengujian Gerak Sumbu z+
No 1 2 3
Pengujian Pengujian 1 Pengujian 2 Pengujian 3 Waktu rata-rata
Waktu (detik) 4,03 3,62 3,26 3,63 Data Pengujian Gerak Sumbu z-
No 1 2 3
Pengujian Pengujian 1 Pengujian 2 Pengujian 3 Waktu rata-rata
Waktu (detik) 5,03 4,23 3,54 4,26
Analisa Pengujian Sumbu Z Pengujian kecepatan gerak sumbu
Kecepatan gerak seharusnya Putaran dikali pitch Kecepatan gerak saat pengujian jarak tempuh dibagi waktu tempuh rata-rata Selisih kecepetan
Kesimpulan Simulator Multiaxis CNC terbentuk dengan dimensi 300 mm x 400mm x 280mm (kondisi ready) dan berdimensi 300mm x 400mm x 230mm (kondisi packing). Struktur mekanik terbuat dari bahan alumunium 6061-T6 dengan masa jenis 27 kg/m3, kekuatan yield 241 Mpa. dan mampu menerima pembebanan maksimal yaitu 4,9 N yaitu pada sumbu x dan memiliki koefisien gesek maksimal 0,61. Daya motor direncanakan 9,6 Watt dengan torsi 0,305 N.m Dalam eksperimen yang dilakukan yaitu dengan Mode JOG, gerak masing-masing sumbu x,y, dan z telah sesuai dengan motion mesin frais CNC.
Kesimpulan (lanjutan) Ekperimen sistem gerak sumbu x,y, dan z berturut-turut memiliki waktu tempuh maksimum rata-rata adalah 12,59 detik menempuh jarak 100 mm, 13,01 detik menempuh jarak 100 mm, 4,23 detik menempuh jarak 30 mm. Selisih ketidakakuratan waktu tempuh gerak sumbu x, y dan z masing-masing adalah 0,4 mm/detik, 0,52 mm/detik, dan 1,3 detik. Motor stepper 1,8o/pulsa, microstepping 1,8o 1A. Dengan error
.
motor stepper yaitu 200 pulsa ¾ putaran tanpa pembebanan
Video simulator CNC
