TUGAS AKHIR PERANCANGAN MESIN BOR OTOMATIS BERBASIS KOMPUTER

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

TUGAS AKHIR

PERANCANGAN MESIN BOR OTOMATIS BERBASIS KOMPUTER Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro

disusun oleh : PAUL SUGIRI NIM : 125114052

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2015


FINAL PROJECT

DESIGN OF COMPUTER BASED AUTOMATIC DRILLING MACHINE Presented as Partial Fullfillment of Requirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree In Electrical Engineering Study Program

PAUL SUGIRI NIM : 125114052

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY 2015


IIALA]V{AN PERSETUruAN TUGAS AKHIR

PERANCAT{GA}I MESTN BOR OTOMATIS BERBASIS KOMPUTER

Maxtanto, S.T., M.T.

Tanggal : 21 September 2015


HALAMAN PENGESAHAN TIJGAS AKHIR

PERANCANGAN MESIN BOR OTOMATIS BERBASIS KOMPUTER disusw oleh

:

PAUL SUGIRI

NIM : 125114052, Telah dipenahanJ
Dan dinyatakan meme[uhi syarat

Susunan Panitia Penguji

Nama Lengkap

Ketua

;

Ir. 'Ijendro, M.kom

Sekretaris

:

Martanto, S.T., M.T.

Anggota

Petrus Setyo Prabowo, S.T.,

M.T.

Yogyakarta,

16 2ktoht aotl

Sains dan Teknologi

Ga, S.Si., M.Sc.


PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

"

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis

ini

tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam kutipao dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilrniah."

Yogyakaxta 16 Oktober 2015

Paul Sugiri


HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

Motto :

“Jangan menyerah sebelum mencoba dengan maksimal”

Skripsi ini kupersembahkan untuk……. Yesus Kristus Tuhan Allahku Ibunda tercinta Istri dan Putri tercinta

vi


LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertandatangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Narna Nn{ Demi

: Paul Sugm

:125114052

pengembangan

ilmu

pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universilas Saoata Dhanna karya ilmiah saya yang bedudul

:

PERANCANGAN MESIN BOR OTOMATIS BERBASIS KOMPUTER

Besertra perargkat yang diperlukan

(bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada

Perpustakaan Universitas Sanata Dhama hak untuk menyimparL mengalilrkan dalam

bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk parykalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di intemet atau media lain untuk kepentingan akademis

tanpa perlu meminta

ijin

saya mauprm membedkan royalti kepada saya selama tetap

me.ncantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pemyataan'irri yang saya buat dengan sebenamya.

Yogyakart4 16 Oktober 2015

N, ..t'Mb. i\ Paul Sugiri


INTISARI Pembuatan lubang pada suatu media tertentu bukanlah hal yang sulit dilakukan. Akan tetapi, apabila lubang yang ingin dibuat memiliki jumlah yang cukup banyak, tentu saja akan sedikit merepotkan. Ada beberapa bidang usaha yang membutuhkan proses pelubangan dalam memproduksi barang-barang mereka, seperti pcb berlubang dan sangkar burung. Oleh karena itu, penulis bermaksud untuk membuat mesin bor otomatis dengan pengendali komputer yang dapat melakukan proses pelubangan pada suatu media tertentu, sehingga dapat mempermudah dalam membuat lubang dalam jumlah yang cukup banyak. Mesin bor otomatis menggunakan komputer dengan perangkat lunak Mach3 sebagai pengendalinya. Mesin ini akan digerakkan dengan motor stepper dan motor ac sebagai motor spindle. Mesin dapat diperintah oleh software Mach3 dengan kode program yang disebut G-Code. Benda yang akan dilubangi diletakkan pada meja mesin dan dijepit, kemudian diatur letak dan jumlah lubang yang akan dibuat, setelah itu mesin akan melakukan pengeboran sesuai dengan perintah yang diberikan. Mesin bor otomatis dapat berfungsi dengan baik, sesuai dengan rancangan yang telah dibuat sebelumnya. Mesin ini dapat melakukan pengeboran dengan diameter mata bor 1mm hingga 3mm dan kedalaman pengeboran hingga 20mm. dari pengujian yang telah dilakukkan, mesin ini dapat melakukan jarak pengeboran dengan ketelitian ±0,05mm dan kecepatan gerak hingga 8 mm/detik. Kata kunci : Mesin bor otomatis, Mach3, pengeboran.

viii


ABSTRACT Making holes in a particular media is not a difficult thing to do. However, if the hole to be made to have a rather large amount, of course, will be a little inconvenient. There are several businesses that require perforation process in producing their goods, such as pcb holes and bird cage. Therefore, the authors intend to make automatic drilling machine with a computer controller that can perform perforation process in a particular medium, so it may be easier to make a hole in considerable amounts. Automatic drilling machine using a computer with software Mach3 as controller. This machine will be driven by stepper motors and ac motors as spindle motors. The machine can be governed by a code Mach3 software program called G-Code. Perforated objects that will be placed on the machine table and clamped, then set the location and number of holes to be made, after which the machine will drill in accordance with the instructions given. Automatic drilling machine to function properly, according to the draft that was created earlier. This machine can perform drilling with a diameter of 1mm to 3mm drill bit and drilling depths of up to 20mm. from the testing that has been dilakukkan, this machine can perform the drilling distance with accuracy of ± 0,05mm and velocity of up to 8 mm / sec. Keywords: automatic drilling machine, Mach3, drilling.

ix


KATA PENGANTAR Syukur dan tedma kasih kepada Tuhan Yesus Kiistus, atas kasih karunia-Nya sehingga tugas ak1ft dengan

judul "Perancangan Mesin Bor Otomatis Berbasis Komputer"

ini dapat diselesaikan dengan baik. Selama menulis tugas

akiir ini, penulis menyadari

bahwa ada banyak pihak yang

telah membantu dan mendukung, sehingga tugas atrlir ini dapat diselesaikan. Oleh sebab

itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada

:

1.

Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Univeisitas Sanata Dhama Yogyakarta.

2. 3.

Ketua Prograrn Studi Teknik Elektro Universitas Sanala Dharma Yogyakada.

Martanto,S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing yang selalu memberi masukkan dan dukungan selama menyelesaikan tulisan ini.

4.

Seluruh dosen teknik elektro yang telah membagi ilmunya kepada penulis selama

kuliah. 5.

Ibu tercinta. atas perhatian , kasih sayang, dukungan dan doa yang tiada henti.

6.

lstri dan putri tercint4 Nanik Kiswati dar Elliana Avril Sugiri, yarg

senantiasa

memberikan dukungan, perhatian dan doa kepada penulis.

7.

Teman-teman seperjuangan ATMI-SANATA DHARI\.IA angkatan 2012, teman-

teman ATMI-MDC bapak Nurhadi, bapak Aris, dan temar-teman ATMI-WAD atas perhatjan dan dukungan dalam menyele\aikan lugas

8.

auir

ini.

Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu peNatu atas semua dukungan yang

telah diberikan dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Dengan rendah hati penulib menyadari bahwa tugas akhir

ini masih jauh dari

sempuma, oleh karena itu ;egala l(Iitik dan sara-n yang membangun untuk perbaikan tugas

akhir ini sangat diharapkan.

Aklft

kata, semoga tugas akhir

ini dapal bermanfaat bagi

semua pihak. Terima kasih.

Yogyakarta, 16 Oktober 2015

.$Paul Sugiri


DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ............................................................................................................. i HALAMAN PERSETUJUAN ........................................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................................ iv LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................................... v HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ................................................. vi LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ......................................................................... vii INTISARI .......................................................................................................................... viii ABSTRACT .......................................................................................................................... ix KATA PENGANTAR ......................................................................................................... x DAFTAR ISI ....................................................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................ xiv DAFTAR TABEL ............................................................................................................. xvi DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang................................................................................................................. 1 1.2. Perumusan Masalah ........................................................................................................ 1 1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian ....................................................................................... 2 1.4. Batasan Masalah ............................................................................................................. 2 1.5. Metode Penelitian ........................................................................................................... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 5 2.1. Hukum Ohm ................................................................................................................... 5 2.2. Resistor ........................................................................................................................... 5 2.3. Transistor sebagai Saklar ............................................................................................... 9 2.4. Mach3 ........................................................................................................................... 11 2.5. Parallel Port DB-25 ..................................................................................................... 11 2.6. Breakout Board ............................................................................................................ 13 2.6.1. Optocoupler ........................................................................................................ 13 xi


2.7. Stepper Driver .............................................................................................................. 14 2.7.1. IC L297 .............................................................................................................. 14 2.7.2. IC L298 .............................................................................................................. 16 2.8. Motor Stepper ............................................................................................................... 18 2.9. Limit Switch .................................................................................................................. 20 2.10. Kode Pemrograman .................................................................................................... 21 2.10.1. G81 Canned Cycle Drilling Fast Pullback ..................................................... 23 2.10.2. G83 Canned Cycle Peck Drilling .................................................................... 24 BAB III PERANCANGAN ............................................................................................... 25 3.1. Keseluruhan Sistem ...................................................................................................... 25 3.2. Sistem Perangkat Keras ................................................................................................ 27 3.2.1. Perancangan Perangkat Keras Mekanik ............................................................. 27 3.2.2. Perancangan Perangkat Keras Elektronik .......................................................... 29 3.2.2.1. Breakout Board ...................................................................................... 29 3.2.2.2. Stepper Driver ........................................................................................ 32 3.2.2.3. Motor Stepper ........................................................................................ 34 3.3. Sistem Software ............................................................................................................ 35 3.3.1. Konfigurasi Mach3 ............................................................................................. 35 3.3.1.1. Langkah Setting Konfigurasi Input dan Output ..................................... 35 3.3.1.2. Langkah Setting Konfigurasi Tuning Motor ......................................... 38 3.3.1.3. Contoh Program ..................................................................................... 39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 25 4.1. Bentuk Fisik Mesin Bor Otomatis Berbasis Komputer ................................................ 41 4.2. Cara Mengoperasikan Mesin ........................................................................................ 43 4.3. Pengujian dan Analisa Hasil ......................................................................................... 46 4.3.1. Pengujian Repeatability ..................................................................................... 46 4.3.2. Pengujian Ketelitian ........................................................................................... 48 4.3.3. Pengujian Dimensi Area Kerja ........................................................................... 52 4.3.4. Pengujian Kecepatan Gerak (feeding) Maksimal ............................................... 53 4.3.5. Pengujian Pengeboran ........................................................................................ 56 4.3.6. Pengujian Breakout Board ................................................................................. 58 4.3.7. Pengujian Stepper Driver ................................................................................... 60 4.3.8. Lampu Indikator ................................................................................................. 61 xii


4.4. Pembahasan Software ................................................................................................... 62 4.5. Contoh Program ............................................................................................................ 63 BAB V PENUTUP ............................................................................................................. 64 5.1. Kesimpulan ................................................................................................................... 66 5.2. Saran ............................................................................................................................. 66 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................ 68 LAMPIRAN ....................................................................................................................... 70

xiii


DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1.

Kode Warna pada Resistor ........................................................................... 6

Gambar 2.2.

Jumlah Kode Warna Resistor ....................................................................... 8

Gambar 2.3.

Daerah Operasi Transistor ........................................................................... 9

Gambar 2.4.

Transistor Kondisi Cut-Off ......................................................................... 10

Gambar 2.5.

Transistor Kondisi Saturasi ........................................................................ 10

Gambar 2.6.

Tampilan Mach3 .......................................................................................... 11

Gambar 2.7.

Jalur Parallel Port ...................................................................................... 12

Gambar 2.8.

Rangkaian Optocoupler .............................................................................. 13

Gambar 2.9.

Diagram Alir Pengendalian Motor Stepper ................................................. 14

Gambar 2.10. Konfigurasi Pin IC L297 ............................................................................ 15 Gambar 2.11. Bentuk dan Konfigurasi Pin IC L298 ......................................................... 16 Gambar 2.12. Diagram Block IC L298 ............................................................................. 17 Gambar 2.13. Motor Stepper Lilitan Unipolar .................................................................. 18 Gambar 2.14. Motor Stepper Lilitan Bipolar ..................................................................... 19 Gambar 2.15. Simbol dan Bentuk Limit Switch ................................................................ 20 Gambar 2.16. Skema Limit Switch .................................................................................... 21 Gambar 2.17. Siklus Gerakan G81 ..................................................................................... 23 Gambar 2.18. Siklus Gerakan G83 ..................................................................................... 24 Gambar 3.1.

Konfigurasi Keseluruhan Sistem ................................................................ 25

Gambar 3.2.

Diagram Alir Proses Kerja ......................................................................... 26

Gambar 3.3.

Rancangan Hardware Mekanik .................................................................. 27

Gambar 3.4.

Batas Pergerakan Sumbu Y ........................................................................ 28

Gambar 3.5.

Batas Pergerakan Sumbu X dan Z .............................................................. 28

Gambar 3.6.

Masukkan Optocoupler .............................................................................. 29

Gambar 3.7.

Keluaran Optocoupler ................................................................................ 30

Gambar 3.8.

Rangkaian Lampu Indikator ....................................................................... 31

Gambar 3.9.

Rangkaian Pengendali Motor Stepper ........................................................ 33

Gambar 3.10. Parameter Motor Output ............................................................................. 36 Gambar 3.11. Parameter Input Signals .............................................................................. 37 xiv


Gambar 3.12. Konfigurasi Pin Lampu Indikator ............................................................... 37 Gambar 3.13. Koneksi Lampu Indikator dengan Spindle ................................................. 38 Gambar 3.14. Motor Tuning .............................................................................................. 38 Gambar 3.15. Gambar Benda Kerja .................................................................................. 39 Gambar 4.1.

Realisasi Mesin Bor Otomatis .................................................................... 41

Gambar 4.2.

Emergency Stop dan Penjepit Benda Kerja ................................................ 42

Gambar 4.3.

Rectangular Bolt Pattern ............................................................................ 43

Gambar 4.4.

Referensi Benda Kerja saat Mesin Koordinat Off ...................................... 44

Gambar 4.5.

Referensi Benda Kerja saat Mesin Koordinat On ...................................... 44

Gambar 4.6.

Menjalankan Program ................................................................................. 45

Gambar 4.7.

Repeatability Test Setting ........................................................................... 46

Gambar 4.8.

Pemilihan Axis Calibration ........................................................................ 55

Gambar 4.9.

Axis Calibration .......................................................................................... 56

Gambar 4.10. Pengujian Pengeboran pada Benda Kerja ................................................... 57 Gambar 4.11. Pengeboran pada Material Tebal ................................................................ 57 Gambar 4.12. Pengujian Frekuensi Sinyal ........................................................................ 59 Gambar 4.13. Relay Board ................................................................................................ 61 Gambar 4.14. Gambar Kerja Proses Pengeboran .............................................................. 63

xv


DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1.

Kode Warna Resistor .................................................................................... 6

Tabel 2.2.

Nilai Resistor di Pasaran .............................................................................. 8

Tabel 2.3.

Konfigurasi Parallel Port DB-25 ............................................................... 12

Tabel 2.4.

Alamat Memori Parallel Port .................................................................... 13

Tabel 2.5.

Fungsi Pin Dari IC L297 ............................................................................. 15

Tabel 2.6.

Fungsi Pin IC L298 .................................................................................... 17

Tabel 2.7.

Urutan Eksitasi Pada Mode Yang Berbeda ................................................ 20

Tabel 2.8.

M-Codes ...................................................................................................... 21

Tabel 2.9.

G-Codes ...................................................................................................... 22

Tabel 2.10.

Initial Letters .............................................................................................. 22

Tabel 3.1.

Nomer Pin Untuk Motor Output ................................................................. 35

Tabel 3.2.

Nomer Pin Untuk Sinyal Input ................................................................... 36

Tabel 4.1.

Repeatability Test Sumbu X ....................................................................... 47

Tabel 4.2.

Repeatability Test Sumbu Y ....................................................................... 47

Tabel 4.3.

Repeatability Test Sumbu Z ....................................................................... 48

Tabel 4.4.

Pengujian Ketelitian Sumbu X ................................................................... 49

Tabel 4.5.

Pengujian Ketelitian Sumbu Y ................................................................... 50

Tabel 4.6.

Pengujian Ketelitian Sumbu Z .................................................................... 51

Tabel 4.7.

Pengujian Dimensi Area Kerja ................................................................... 52

Tabel 4.8.

Pengujian Kecepatan Gerak Sumbu X ....................................................... 53

Tabel 4.9.

Pengujian Kecepatan Gerak Sumbu Y ....................................................... 54

Tabel 4.10.

Pengujian Kecepatan Gerak Sumbu Z ........................................................ 54

Tabel 4.11.

Konfigurasi Pin Parallel Port .................................................................... 58

Tabel 4.12.

Pengujian Tegangan Pin Keluaran Parallel Port ....................................... 59

Tabel 4.13.

Data Pengujian Frekuensi Sinyal ................................................................ 60

Tabel 4.14.

Pengujian Arus Keluaran Stepper Driver ................................................... 61

xvi


DAFTAR LAMPIRAN

L1.

Rangkaian Breakout Board .................................................................................L1-1

L2.

Datasheet Optocoupler PC817 ................................................................ L2-1 – L2-4

L3.

Datasheet L297 ..................................................................................... L3-1 – L3-10

L4.

Datasheet L298 ..................................................................................... L4-1 – L4-12

L5.

Datasheet Transistor BD139 .................................................................... L5-1 – L5-4

xvii


BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang berkembang pesat saat ini mulai mempengaruhi gaya hidup manusia. Kebutuhan manusia akan teknologi yang lebih modern dan praktis menjadi lebih meningkat, salah satunya adalah sistem pengendalian otomatis. Pekerjaan yang pada awalnya dilakukan secara manual, diupayakan agar dapat dikerjaan secara otomatis dengan penerapan komputer pada sistem pengendaliannya. Perpaduan antara komputer dengan peralatan mekanis, tentu akan menjadi dimensi baru yang diminati oleh banyak orang. Salah satu pekerjaan yang akan diterapkan sistem otomasi adalah pembuatan lubang atau proses pengeboran. Proses pengeboran yang dilakukan dalam jumlah yang banyak tentu saja sangat dimungkinkan terjadi ketidaksesuaian dari tuntutan yang diinginkan. Beberapa pekerjaan pengeboran yang membutuhkan kepresisian adalah pengeboran Printed Circuit Board (PCB) dan pengeboran sangkar burung. Pekerjaan tersebut membutuhkan proses pengeboran yang berulang-ulang dengan tuntutan jarak tertentu. Apabila dilakukan dengan manual oleh tenaga manusia dalam jumlah yang banyak, kesamaan dimensi yang dihasilkan akan sulit dicapai. Peralatan mekanis dengan penggerak motor stepper dan dikendalikan dengan komputer dapat menjadi jawaban atas permasalah tersebut. Setiap sumbu mesin dapat digerakan dan dikontrol pergerakannya karena dapat diprogram dan dikendalikan dengan komputer. Penggunaan kendali dengan komputer ini dikarenakan oleh penelitian yang telah ada sebelumnya yaitu Kontrol Mesin Bor PCB Otomatis dengan Menggunakan Programmable Logic Controller (PLC) Omron C200HG (Sugiarto, David Gunawan, 2004) yang tentu saja dibutuhkan pemahaman yang lebih dibanding dengan komputer. Komputer yang digunakan adalah komputer dengan koneksi parallel port yang saat ini juga mulai ditinggalkan oleh banyak pengguna pribadi pada umumnya ( koneksi lain seperti Universal Serial Bus (USB) juga dapat digunakan, akan tetapi membutuhkan rangkaian tambahan lagi). Hal ini memberi dampak posistif karena dapat memanfaatkan barang yang sudah jarang dipakai menjadi lebih bermanfaat yaitu sebagai alat kontrol.

1


2

Sistem otomasi ini dapat menjamin kesamaan hasil pengeboran dan lebih efisien karena menggunakan mesin yang waktu prosesnya relatif lebih cepat.

1.2. Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang ada, maka dapat dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut: a.

Keterbatasan kemampuan manusia dalam membuat lubang dengan jarak yang sama dan jumlahnya sangat banyak.

b.

Kesamaan hasil yang jauh lebih sulit apabila menggunakan alat bor manual serta lamanya waktu proses.

1.3. Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan dari Tugas Akhir dengan judul Perancangan Mesin Bor Otomatis Berbasis Komputer adalah menciptakan suatu alat otomasi untuk melakukan proses pengeboran yang dikendalikan dengan komputer. Manfaat Tugas Akhir ini bagi dunia industri adalah membantu mempermudah pekerjaan manusia dan meningkatkan produktivitas terutama pada industri pembuatan PCB berlubang dan industri sangkar burung, dan meningkatkan konsistensi dan kesesuiaan terhadap spesifikasi kualitas produk.

1.4. Batasan Masalah Penyusunan tugas akhir ini dibatasi dengan beberapa kriteria untuk menghindari munculnya permasalahan yang lebih kompleks. Adapun batasan masalah sebagai berikut: a.

Mesin 3 sumbu kerja (X,Y,Z) dengan maksimal pergerakan sumbu X290mm Y320mm Z60mm dan dimensi material maksimal yang dapat dikerjakan 250mm x 300mm x 30mm.

b.

Menggunakan motor stepper sebagai motor penggerak sumbu.

c.

Menggunakan motor dc sebagai penggerak alat potong.

d.

Kecepatan pergerakan axis 4mm/detik.

e.

Jarak pengeboran lubang teratur.

f.

Jenis material yang dapat dikerjakan adalah kayu, nilon, akrilik dan pcb dengan diameter mata bor berkisar antara Ø1 – Ø3mm.


g.

3

Pengendali mesin bor otomatis berbasis komputer dengan menggunakan perangkat lunak Mach3.

h.

Komputer dengan koneksi parallel port.

1.5. Metode Pengerjaan Metode pengerjaan Tugas Akhir

“Perancangan Mesin Bor Otomatis Berbasis

Komputer” dibagi menjadi 5, yaitu: 1.

Pengumpulan data dan pencarian referensi. Metode yang digunakan dalam melakukan proses pengumpulan,antara lain: a.

Wawancara Proses wawancara dilakukan untuk mendapatkan informasi-informasi secara langsung dari pelaku yang telah ahli di bidangnya. Informasi yang didapat antara lain berupa detail mesin, harga-harga komponen, dan kendala-kendala.

b.

Dokumen Sumber informasi lain yang bukan dari manusia didapat dari buku, laporan, artikel atau datasheet yang berhubungan dan dapat membantu pengerjaan Tugas Akhir.

c.

Observasi Dalam pelaksanaan observasi, penyusun mengamati, mencatat dan mempertimbangkan berbagai macam hal yang berkaitan dengan Tugas Akhir.

2.

Tahap Perancangan Sistem Tahap perancangan sistem, meliputi proses perancangan perangkat lunak, perancangan perangkat keras mekanik, perancangan perangkat keras elektronik, dan proses simulasi menggunakan komputer dengan perangkat lunak simulasi, sebelum masuk ke tahap selanjutnya. Dalam tahap ini, ide-ide dan pengembangan tugas akhir dapat dilakukan.

3. Tahap Implementasi Perancangan Sistem Pada tahap ini, penyusun mengimplementasikan rancangan yang telah dilakukan pada tahap sebelumnya. Semua bahan yang telah dipersiapkan sebelumnya akan diproses dan dirakit sesuai dengan kelompok masing-masing. Perangkat keras elektonik, meliputi pembuatan PCB, etching, soldering.


4

Perangkat keras mekanik, meliputi pembuatan frame, pembuatan kopling, pembuatan housing ballscrew, pengeboran, dan finishing hardware. Pada proses

implementasi

perangkat

lunak,

meliputi

parameterisasi,

mengembangkan user interface, dan sinkronisasi perangkat keras dengan perangkat lunak. Koneksi kabel yang menghubungkan setiap bagian dilakukan setelah semua bagian selesai dikerjakan. Proses pengkabelan ini perlu perhatian ekstra karena jika terjadi kesalahan maka setiap bagian tidak dapat saling berhubungan. Dalam tahap ini dilakukan pula proses perbaikan yang bersifat langsung dan situasional dengan pertimbangan tidak merubah rancangan awal secara menyeluruh. 4. Tahap Pengukuran dan Pengujian Pada tahap ini, sinkronisasi perangkat keras dengan perangkat lunak telah berhasil dan mesin sudah dapat beroperasi. Oleh sebab itu proses pengukuran dan pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah mesin sudah dapat beroperasi dan tingkat ketelitian yang diharapkan. Pengujian dilakukan pada material dengan jenis bahan yang berbeda, diameter mata bor yang berbeda, dan ketebalan material yang berbeda.

Teknik pengambilan data

dilakukan dengan membuat program pengeboran dengan jarak yang berbeda dan teratur untuk dilakukan pengukuran pada hasilnya. Proses pengujian ini nantinya akan bermanfaat dalam penyusunan kapasistas mesin dan spesifikasispesifikasi berdasarkan kondisi riil di lapangan. Pengukuran dan pengujian dilakukan untuk menilai kemampuan mesin. 5. Analisis Data dan Kesimpulan Hasil Analisa data dilakukan dengan mengamati fungsi dari setiap unit, menganalisa singkronisasi pergerakan dari setiap sumbu mesin. Analisa data juga dilakukan dengan melihat prosentase kesalahan yang mungkin terjadi dari pergerakan setiap sumbu dengan memberikan perintah gerakan dengan nilai jarak tertentu dan dibandingkan dengan hasil pergerakan yang dilakukan. Penyimpulan hasil percobaan dapat dilakukan dengan mengamati sistem pergerakan dari masing-masing sumbu.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA Dalam bab ini, dijabarkan mengenai dasar teori dan keterangan mengenai komponen–komponen yang digunakan dalam perancangan mesin bor otomatis berbasis komputer. Beberapa komponen yang akan dijabarkan antara lain perangkat lunak (software) , perangkat keras mekanik, perangkat keras elektronik dan komponen pendukung lainnya.

2.1. Hukum Ohm[1] Georgi Simon Ohm (1789-1854) menemukan hubungan proporsional antara beda potensial pada konduktor dengan arus elektrik yang terjadi (V≈I). Hubungan tersebut merupakan hubungan yang sangat sederhana. Jika ada dua variabel yang diketahui nilainya, maka dapat menentukan nilai dari variable ketiga. Hal tersebut berarti bahwa apabila tegangan dikondisikan pada nilai stabil, maka nilai arus akan berbanding terbalik dengan hambatan. Jika nilai hambatan naik, nilai arus turun, dan jika nilai hambatan turun, nilai arus naik. Pernyataan yang diungkapkan oleh Georgi Simon Ohm inilah yang kemudian dikenal dengan hukum ohm. Hukum ohm dapat dinyatakan dalam bentuk deret hitung untuk masing-masing variable sebagai berikut : (2.1) Dengan : V = Tegangan dalam Volt (V) I = Arus dalam Ampere (A) R = Hambatan dalam Ohm (Ω)

2.2. Resistor[1] Resistor merupakan pasif komponen yang digunakan untuk melengkapi rangkaian bersama sumber tegangan dan arus dan aktif komponen. Resistor diekspresikan dengan huruf R dan besar nilai dengan satuan Ohm (Ω). Resistor disebut pasif komponen karena resistor tidak dapat memperkuat atau mengolah sinyal listrik. Resistor memberikan hambatan terhadap arus yang mengalir dalam rangkaian. Sebuah resistor adalah konduktor 5


6

dengan resistensi tertentu. Resistor menurunkan sejumlah tertentu tegangan, dengan mengubah sejumlah tegangan menjadi panas. Ada beberapa jenis resistor untuk masingmasing aplikasi, dan tersedia dalam berbagai ukuran, bentuk, dan bahan. Bentuk fisik dari resistor umumnya kecil yang digunakan dalam rangkaian elektronik, dan bahkan dalam rangkaian elektronik modern, sebagian besar resistor adalah berbagai lempengan dan sangat kecil, sehingga tidak terlihat tanpa kaca pembesar. Nilai resistor bervariasi mulai dari puluhan ratusan hingga ribuan ohm dan untuk memudahkan untuk mengetahui nilai dari resistor tersebut, resistor diproduksi dengan kode warna untuk menandai nilai resistor. Tabel 2.1 menunjukkan kode warna yang digunakan dalam resistor. Tabel 2.1. Kode Warna Resistor Warna

Kode Warna 1

Kode Warna 2

Kode warna 3

Hitam

0

0

Coklat

1

1

0

Merah

2

2

00

Jingga

3

3

000

Kuning

4

4

0000

Hijau

5

5

00000

Biru

6

6

000000

Ungu

7

7

0000000

Abu-abu

8

8

Putih

9

9

Kode warna 4

Emas

Toleransi 5%

Perak Kosong

Toleransi 10% Toleransi 20%

Penempatan kode warna pada resistor ditunjukkan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1. Kode Warna pada Resistor [1]


7

Dua kode warna pertama dibaca sebagai jumlah angka yang signifikan. Kode warna ketiga merupakan pengali (multiplier), yaitu jumlah nol yang mengikuti angka dari kode warna pertama dan kedua. Dan kode warna terakhir merupakan toleransi dari nilai resistor. Toleransi tersebut merupakan nilai batasan yang diperbolehkan terhadap nilai resistor yang diharapkan dan dinyatakan dalam persen. Toleransi yang umumnya terdapat pada resistor adalah kosong (tanpa warna) dengan besar nilai 20 persen (20%), perak (silver) dengan besar nilai 10 persen (10%) dan emas (gold) dengan nilai 5 persen (5%). Sebuah resistor dengan nilai 100 Ω dan toleransi 10 persen, memiliki nilai kisaran nilai antara 90Ω hingga 110Ω. Berikut adalah contoh cara menentukan nilai resistor : Sebuah resistor dengan kode warna : Biru – Hijau – Kuning – Perak Biru

=6

Hijau

=5

Kuning

= 0000

Nilai resistor adalah 650.000Ω. Perak

= 10 persen

Toleransi resistor = 0,1 x 650.000 = 65.000 Ω. Sehingga, nilai resistor berada pada kisaran nilai 585.000Ω (585 kΩ) hingga 715.000 Ω (715 kΩ).

Penandaan nilai resistor dengan menggunakan empat kode warna adalah skema kode warna yang paling sering digunakan, seperti yang sudah dijelaskan. Penandaan nilai resistor dengan lima dan enam kode warna juga ada dipasaran dengan bentuk fisik resistor yang mirip dengan resistor empat kode warna. Resistor dengan lima dan enam kode warna digunakan untuk resistor dengan presisi tinggi dengan penambahan kode warna toleransi ( ungu(±0,1%), biru(±0,25%), hijau(±0,5%), coklat(±1%), merah(±2%)) . Perbedaan lain resistor dengan lima atau enam kode warna adalah nilai resistor diambil dari tiga kode warna pertama, dan diikuti dengan multiplier, toleransi dan koefisien suhu (enam kode warna). Contoh, resistor dengan kode warna kuning, ungu, hijau, merah dan coklat memiliki nilai resistor sebesar 47500Ω atau 47,5KΩ dengan toleransi kurang lebih satu persen (±1%). Pengelompokkan resistor dengan jumlah kode warna berbeda dapat dilihat pada gambar 2.2.


8

Gambar 2.2. Jumlah Kode Warna Resistor [2]

Dalam perhitungan nilai resistor juga perlu adanya penyesuaian nilai dari resistor yang ada dipasaran. Tabel 2.2 menunjukkan nilai resistor yang tersedia dipasaran.

Tabel 2.2. Nilai Resistor Pasaran [3]


9

Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resistor pada suatu rancangan selain besar resistansi adalah besar daya resistor. Karena resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya (P) berupa panas sebesar :

(Watt)

(2.2)

Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut. Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8, 1/4, 1, 2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5, 10 dan 20 watt umumnya berbentuk kubik memanjang persegi empat berwarna putih, namun ada juga yang berbentuk silinder.

2.3. Transistor Sebagai Saklar [4] Salah satu fungsi dari transistor adalah sebagai pemutus dan penyambung arus pada suatu rangkaian atau juga disebut sebagai saklar. Saklar transistor dapat digunakan untuk mengontrol perangkat daya tinggi seperti motor, solenoid atau lampu, tetapi mereka juga dapat digunakan dalam elektronik digital dan sirkuit gerbang logika. Transistor memiliki tiga elektroda atau terminal yaitu : basis, collector, dan emitor. Daerah operasi untuk saklar transistor dikenal sebagai daerah saturasi dan daerah tersumbat (Cut-off). Transistor yang digunakan sebagai saklar maka, daerah operasi untuk penguatan sinyal elektronik (daerah antara saturasi dan cut-off)

dapat diabaikan.

Penggunakan transistor sebagai saklar dapat mengemudi bolak-balik antara daerah yang sepenuhnya terputus (cut-off) dan sepenuhnya tersambung (saturasi) seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Daerah Operasi Transistor [4]


10

Pada saat transistor berada pada kondisi cut-off , maka arus masukkan basis bernilai nol (IB = 0), arus keluaran collector bernilai nol ( IC = 0), dan tegangan collector emitor adalah maksimal (VCE = VCC). Karakteristik dari kondisi cut off adalah tegangan masukkan (Vin) dan basis dihubungkan dengan 0 volt (ground) dan tegangan basis emitor lebih kecil dari 0,7 Volt (VBE < 0,7V), seperti ditunjukkan pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Transistor Kondisi Cut Off [4]

Pada saat transistor berada pada kondisi saturasi, maka arus collector menjadi terlalu besar dan tegangan collector emitor turun mendekati nol. Sehingga dapat dirumuskan : IC (saturasi) =

(2.3) (2.4)

Rumusan tersebut menyatakan bahwa nilai maksimal arus collector sebanding dengan tegangan catu collector dibagi dengan hambatan collector. Karakteristik lain pada kondisi saturasi adalah tegangan masukkan (Vin) dan basis dihubungkan dengan tegangan catu collector (Vcc) dan tegangan basis emitor lebih besar dari 0,7 Volt (VBE > 0,7V), seperti ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5. Transistor Kondisi Saturasi [4]


11

2.4. Mach3 [5] Mach3 adalah perangkat lunak yang dapat mengubah komputer biasa menjadi pengontrol mesin CNC. Mach3 memiliki banyak fitur dan memberikan nilai lebih untuk pengguna yang membutuhkan paket kontrol CNC. Gambar 2.6 adalah tampilan dari perangkat lunak Mach3. Mach3 dapat bekerja pada kebanyakan komputer Windows untuk mengontrol gerakan motor (stepper & servo) dengan mengolah kode perintah (G-Code). Mach3 dapat disesuaikan dan telah digunakan pada banyak aplikasi dengan berbagai jenis perangkat keras (hardware). Mach3 dapat bekerja pada komputer dengan jalur koneksi parallel port dengan minimum sistem sebagai berikut: a. Versi 32-bit dari Windows 2000, Windows XP, Windows Vista, atau Windows 7 b. CPU 1Ghz c. RAM 512MB d. Kartu grafis dengan RAM 32MB.

Gambar 2.6. Tampilan Mach3 [5]

2.5. Parallel Port DB-25 [6] Parallel port merupakan salah satu jenis terminal atau port yang digunakan sebagai jalur transfer data atau sebagai I/O Port pada sebuah komputer sederhana. Parallel port (seperti ditunjukkan pada gambar 2.7) terdiri dari 4 jalur kontrol, 5 jalur status dan 8 jalur data. Jalur kontrol memiliki alamat register yang mengatur mode operasi


12

dan memberitahukan informasi untuk menerima sinyal atau data masukan dari luar atau mengirimkan sinyal atau data ke luar. Jalur status berfungsi untuk memberikan masukan ke komputer mengenai status komunikasi siap atau tidaknya hubungan antar 2 peralatan, siap atau tidaknya untuk memulai transmisi, dan telah berakhirnya transmisi data. Jalur data merupakan isi data yang akan ditransmisikan.

Gambar 2.7. Jalur Parallel Port [7] Tabel 2.3. Konfigurasi Parallel Port DB-25 [7]

Berdasarkan tabel 2.3 di atas, dijelaskan bahwa dalam sebuah parallel port DB-25 terdiri dari : a. Masukan 5 buah : pin 10, 11, 12, 13 dan 15 . Bagian ini merupakan jalur sinyal masukan menuju komputer yang kemudian diolah oleh perangkat lunak. b. Keluaran 12 buah : pin 1-9, 14, 16 dan 17. Bagian ini merupakan jalur sinyal keluaran dari perangkat lunak untuk diteruskan ke perangkat lainnya. c. Ground 8 buah : pin 18-25. Untuk dapat mengakses parallel port pada komputer biasanya digunakan alamat memori seperti yang ditunjukan pada tabel 2.4 berikut:


13

Tabel 2.4. Alamat I/O Parallel Port [6]

LPT1

LPT2

LPT3

Data

378h

3BCh

278h

Status

379h

3BDh

279h

Kontrol

37Ah

3BEh

27Ah

2.6. Breakout Board [8] Rangkaian Breakout Board digunakan untuk komunikasi antara komputer dan komponen kontrol pada mesin CNC. Rangkaian ini mempunyai dua fungsi : a. Menterjemahkan sinyal output dari komputer untuk menjalankan mesin CNC. b. Pengaman atau isolator untuk komputer dari masalah listrik.

2.6.1. Optocoupler [9] Optocoupler

yang

juga

dikenal

sebagai

optoisolator

adalah

perangkat

semikonduktor yang memungkinkan sinyal yang akan ditransfer antara sirkuit atau sistem secara optis , sekaligus menjaga mereka sirkuit atau sistem elektrik terisolasi satu sama lain. Optoisolator digunakan dalam berbagai macam komunikasi, kontrol, dan sistem monitoring. Prinsip kerja dari optocoupler ditunjukkan pada gambar 2.8 berikut :

Gambar 2.8. Rangkaian Optocoupler [9]


14

Optocoupler terdiri dari dioda pemancar cahaya (LED) , IRED ( inframerah emitting diode ) , atau dioda laser untuk transmisi sinyal , dan fototransistor untuk penerimaan sinyal . Pemancar mengambil sinyal listrik dan mengubahnya menjadi pacaran cahaya tampak atau inframerah (IR) . Cahaya dipancarkan melewati celah transparan dan diterima oleh penerima , kemudian cahaya tersebut diubah kembali menjadi sinyal listrik . Gelombang listrik keluar identik dengan gelombang listrik masuk, meskipun masukan dan keluaran mempunyai amplitudo (kekuatan sinyal) yang sering berbeda. Optocoupler ini tertutup dalam satu paket, dan memiliki penampilan seperti sirkuit terpadu ( IC ).

2.7. Stepper Motor Driver Pengendali motor stepper (stepper motor driver) merupakan suatu rangkaian yang digunakan untuk komunikasi antara komputer dengan motor stepper. Dengan rangkaian pengendali ini, dapat mengendalikan kecepatan dan arah putaran dari motor stepper. Rangkaian pengendali motor stepper menerima sinyal keluaran dari komputer, yang kemudian sinyal tersebut diperkuat lagi supaya keluaran sinyal yang dihasilkan dapat menggerakkan motor stepper dengan baik. Pada gambar 2.9 ditunjukkan prinsip kerja dari rangkaian pengendali motor stepper.

Gambar 2.9. Diagram Alir Pengendalian Motor Stepper

2.7.1. IC L297 [10] L297 adalah sirkuit terpadu (IC) pengendali motor stepper yang menghasilkan sinyal pengendali empat fase untuk motor stepper bipolar dua fase dan motor stepper unipolar empat fase dalam aplikasi yang dikendalikan komputer mikro. Motor dapat digerakkan dalam mode setengah langkah (half step), mode langkah penuh (full step) dan mode wave. L297 dapat bekerja hanya dengan membutuhkan sinyal pulsa (clock), sinyal arah (direction) dan mode sinyal masukkan (enable). L297 dapat dikonfigurasikan dengan IC L298A atau L293E, dan transistor diskrit dan darlington. Penggunaan modul ini memiliki keuntungan antara lain pemakaian komponen yang relatif sedikit, sehingga menghemat tempat dan biaya. Konfigurasi pin L297 dapat dilihat pada Gambar 2.10 dan fungsi setiap pin dapat dilihat pada tabel 2.5.


Gambar 2.10. Konfigurasi Pin IC L297 [10]

Tabel 2.5. Fungsi Pin Dari IC L297 [10] Nama

Fungsi

SYNC

Keluaran dari osilator internal di dalam L297. Jika digunakan lebih dari satu IC L297 maka pin SYNC akan dihubungkan dengan pin SYNC pada IC L297 yang lain.

GND

Ground.

HOME A INH1

Pin ini akan mengeluarkan logika tinggi jika motor stepper sudah kembali ke posisi awalnya. Sinyal pengendali fase motor A. Kontrol inhibit bersifat aktif rendah untuk fase motor A dan B.

B

Sinyal pengendali fase motor B.

C

Sinyal pengendali fase motor C.

INH2 D ENABLE CONTROL Vs

Kontrol inhibit bersifat aktif rendah untuk fase motor C dan D. Sinyal pengendali fase motor D. Jika pin ini mendapat logika rendah, maka INH1, INH2, A, B, C, dan D juga akan rendah. Kontrol masukkan yang menentukan aksi dari pemotong. Tegangan masukkan sebesar 5 Volt.

15


16

Tabel 2.5. Fungsi Pin Dari IC L297 [10] (lanjutan) Nama

Fungsi

SENS2

Masukan untuk beban tegangan saat ini dari fase motor C dan D.

SENS1

Masukan untuk beban tegangan saat ini dari fase motor A dan B.

Vref

Tegangan referensi untuk rangkaian konverter.

OSC

Rangkaian RC dengan menghubungkan hambatan ke Vcc dan kapasitor ke ground terhubung pada pin ini untuk menentukan nilai konversi. f=1/0,69 RC

CW/CCW

kontrol masukan arah pergerakan dari motor stepper. Jika tinggi, bergerak searah jarum jam. Jika rendah, berlawanan arah jarum jam.

CLOCK

Clock untuk setiap pergerakan motor stepper. Step terjadi ketika pulsa berubah dari rendah menjadi tinggi.

HALF/FULL

Jika logika tinggi maka akan dipilih mode half step, dan jika logika rendah maka akan dipilih mode full step.

RESET

Masukkan untuk reset. Pulsa aktif rendah ini menyimpan translator untuk kembali ke posisi HOME.

2.7.2. IC L298 [11] IC L298 adalah jenis IC driver motor yang dapat mengendalikan arah putaran dan kecepatan motor dc ataupun motor stepper. IC l298 terdiri dari transistor-transistor logic (TTL) dengan gerbang NAND (gerbang logika dengan satu keluaran dan dua atau lebih masukkan) yang memudahkan dalam menentukkan arah putaran suatu motor dc dan motor stepper. IC L298 dapat mengendalikan 2 motor dc, namun hanya dapat mengendalikan 1 motor stepper. Bentuk dan konfigurasi pin dari IC L298 dapat dilihat pada gambar 2.11 dan tabel 2.6.

Gambar 2.11. Bentuk dan Konfigurasi Pin IC L298 [11]


17

Tabel 2.6. Fungsi Pin IC L298 [11] Pin

Fungsi

1 ; 15

Antara pin ini dan ground dihubungkan dengan resistor pengaman untuk mengatur besar arus beban.

2;3

Keluaran dari jembatan A. arus yang mengalir melalui beban terhubung antara dua pin dipantau pada pin 1.

4

Suplai tegangan. Kapasitor 100nF harus dihubungkan antara pin ini dengan ground .

5 ; 7 Masukkan 1 dan 2 untuk jembatan A. 6 ; 11 Masukkan Enable . 8

Ground .

9

Suplai tegangan untuk blok logika. Kapasitor 100nF harus dihubungkan antara pin ini dengan ground .

10 ; 12 Masukkan 3 dan 4 untuk jembatan B. 13 ; 14

Keluaran dari jembatan B. arus yang mengalir melalui beban terhubung antara dua pin dipantau pada pin 15.

IC L298 memiliki dua buah rangkaian H-Bridge di dalamnya, sehingga dapat digunakan untuk mengendalikan dua buah motor DC. IC L298 masing-masing dapat menghantarkan arus hingga 2A. Namun dalam penggunaannya, IC ini dapat digunakan secara paralel sehingga kemampuan menghantarkan arusnya menjadi 4A.

Gambar 2.12. Diagram Block IC L298 [11]


18

Pada gambar 2.12 IC L298 mengintegrasikan dua jalur keluaran daya (A, B). Jalur keluaran daya adalah konfigurasi jembatan dan keluaran daya tersebut

dapat

mengendalikan sebuah beban induktif. Arus yang mengalir melalui beban, keluar dari jembatan pada jalur deteksi keluaran (the sense output). Resistor eksternal ( RSA, RSB) memungkinkan untuk mendeteksi intensitas saat ini. IC L298 memiliki empat jalur (channel) masukan yang didesain untuk dapat menerima masukan level logika TTL. Setiap jalur masukan ini memiliki jalur keluaran yang bersesuaian. Dengan memberi tegangan 5 volt pada pin Enable A dan Enable B, setiap jalur keluaran akan menghasilkan logika tinggi (1) atau rendah (0) sesuai dengan nilai masukkan pada jalur masukkan.

2.8. Motor Stepper [12] Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi menjadi jenis yaitu unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan motor dan pada bagian tengah dari lilitan dicatu dengan tegangan positif konstan (VM). Skema pengendali motor stepper unipolar dapat dilihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.13. Motor Stepper Lilitan Unipolar [12]


19

Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubahubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya. Pengendali motor stepper bipolar ini membutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama. Skema pengendali motor stepper bipolar dapat dilihat pada gambar 2.14.

Gambar 2.14. Motor Stepper Lilitan Bipolar [12] Tabel 2.7 menunjukkan urutan eksitasi dari langkah pergerakan motor stepper dengan beberapa mode yang berbeda. Langkah pergerakan motor stepper terbagi menjadi beberapa mode step diantaranya : 1. Wave Drive ( 1 phase on ) Pada mode ini hanya satu lilitan stator saja yang diberi energi. Torsi keluaran motor tidak maksimal, karena pada pengendali unipolar hanya menggunakan 25% dan bipolar 50% lilitan stator saat terenergi. 2. Langkah Penuh (Full Step) Pada mode ini ada dua lilitan stator yang diberi energi, sehingga posisi salah satu kutub rotor berada diantara dua lilitan stator yang terenergi. Torsi keluaran pada pengendali unipolar lebih kecil dibandingkan dengan pengendali bipolar karena pengendali unipolar hanya menggunakan 50% lilitan yang ada sedangkan pengendali bipolar menggunakan seluruh lilitan stator.


20

3. Langkah Setengah (Half Step) Langkah Setengah (Half Step) merupakan kombinasi antara Wave Drive dan Langkah Penuh (Full Step). Langkah setengah (Half Step) dapat mengurangi fenomena yang disebut sebagai resonansi atau getaran yang dialami pada mode Wave Drive dan Langkah Penuh (Full Step). 4. Langkah Mikro (Microstepping) Pada mode Langkah Mikro, arus yang mengalir pada lilitan terus bervariasi untuk dapat memecah satu langkah penuh menjadi langkah diskrit yang lebih kecil.

Tabel 2.7. Urutan Eksitasi Pada Mode Yang Berbeda [12]

Normal Full Step

Wave Drive Phase A B C D

3

4

1

2

3

Half Step Drive

1

2

4

1

2

3

4

5

6

7

8

•

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

2.9. Limit Switch [13] Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan tuas yang berfungsi menggantikan tombol. Prinsip kerja limit switch sama seperti saklar tombol tekan (push button) yaitu hanya akan menghubung pada saat tuasnya ditekan pada batas penekanan tertentu yang telah ditentukan dan akan memutus saat saat katup tidak ditekan. Limit switch termasuk dalam kategori sensor mekanis yaitu sensor yang akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik pada sensor tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu benda yang bergerak. Bentuk dan simbol limit switch ditunjukan pada gambar 2.15 dibawah ini :

Gambar 2.15. Simbol dan Bentuk Limit Switch [13]


21

Limit switch umumnya digunakan untuk : a. Memutuskan dan menghubungkan rangkaian menggunakan objek atau benda lain. b. Menghidupkan daya yang besar, dengan sarana yang kecil. c. Sebagai sensor posisi atau kondisi suatu objek. Prinsip kerja limit switch adalah dengan menekan atau melepas tombol atau tuas pada batas yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi pemutusan atau penghubungan rangkaian. Limit switch memiliki 2 kontak yaitu kontak NO (Normally Open) dan kontak NC (Normally Close) dimana salah satu kontak akan aktif jika tombolnya tertekan. Konstruksi dan simbol limit switch dapat dilihat seperti gambar 2.16 di bawah ini:

Gambar 2.16. Skema Limit Switch [13]

2.10. Kode Pemrograman [14] Mesin CNC merupakan perangkat yang bergerak dengan mengikuti instruksi yang diberikan oleh komputer. Instruksi atau perintah kerja ini biasa disebut sebagai program. Program merupakan kode perintah yang mendefinisikan bagaimana langkah pergerakan dari mesin atau bagaimana suatu benda akan dikerjakan. Program tersusun dari beberapa blok atau baris data, dimana dalam setiap blok tersebut terdapat kode perintah yaitu Kode M (M-codes), Kode G (G-codes), dan Huruf Inisial (Initial Letter). Tabel 2.8, 2.9, dan 2.10 akan menjelaskan kode perintah yang akan dipakai dalam membuat sebuah program.

Tabel 2.8. M-Codes

Kode M

Fungsi

M1

Program berhenti sementara

M3

Spindel berputar searah jarum jam

M30

Program selesai dan kembali ke awal


Tabel 2.9. G-Codes

Kode G

Fungsi

G0

Gerak cepat

G1

Gerak linear

G4

Penahanan gerak

G28

Kembali ke titik referensi mesin 1

G30

Kembali ke titik referensi mesin 2

G80

Membatalkan mode siklus

G81

Siklus pengeboran tanpa tahapan

G82

Siklus pengeboran dengan penahanan

G83

Siklus pengeboran secara bertahan

G90

Mode jarak absolut

G91

Mode jarak inkremental

G94

Mode langkah per menit

G98 G99

Level inisial kembali setelah siklus Level Titik R setelah siklus Tabel 2.10. Initial Letters

Huruf

Arti

F

Kecepatan pemakanan

N

Alamat

P

Waktu penahanan siklus

R

Level kembali siklus

S

Kecepatan spindel

T

Nomer alat potong

X

Sumbu X

Y

Sumbu Y Sumbu Z

Z

22


23

2.10.1. G81 Canned Cycle Drilling Fast Pullback Kode perintah program G81 adalah kode perintah untuk melakukan proses pengeboran dengan gerak pembebasan cepat. Berikut adalah penjelasan mengenai kode program G81: Format penulisan : (G90/G91) (G98/G99) G81 X… Y… Z… R… F… ; Definisi variable :

Gambar 2.17. Siklus Gerakan G81 [14]

Urutan siklus pergerakan G81 dari gambar 2.17. : a. Gerakan cepat menuju posisi X , Y dan Z (titik inisial). b. Gerak cepat menuju titik R sebagai titik bebas. c. Langkah pengeboran dengan kecepatan yang terprogram menuju titik kedalaman pengeboran. d. Gerak cepat untuk pembebasan menuju titik inisial (dengan G98) atau titik bebas R (dengan G99).


24

2.10.2. G83 Canned Cycle Peck Drilling Kode perintah program G83 adalah kode perintah untuk melakukan proses pengeboran dengan gerak pembebasan berulang. Berikut adalah penjelasan mengenai kode program G81: Format penulisan : (G90/G91) (G98/G99) G83 X… Y… Z… Q… R… F… ; Definisi variable :

Gambar 2.18. Siklus Gerakan G83 [14]

Urutan siklus pergerakan G83 dari gambar 2.18. : a. Gerakan cepat menuju posisi X , Y dan Z (titik inisial). b. Gerak cepat menuju titik R sebagai titik bebas. c. Langkah pengeboran dengan kecepatan yang terprogram menuju titik kedalaman pengeboran yang sesuai dengan nilai Q. d. Gerak cepat menuju titik bebas (R). gerak cepat kembali dan berhenti 1mm sebelum kedalaman pengeboran Q. Proses ini dilakukan berulang hingga kedalaman pengeboran Z terpenuhi. e. Gerak cepat untuk pembebasan menuju titik inisial (dengan G98) atau titik bebas R (dengan G99).


BAB III PERANCANGAN Pada bab ini akan dijelaskan mengenai sistem dari mesin bor otomatis berbasis komputer dengan menggunakan perangkat lunak (software) Mach3 sebagai pengendali motor stepper untuk penggerak sumbu x, y, z, dan motor dc untuk penggerak spindle.

3.1. Keseluruhan Sistem Mesin bor otomatis berbasis komputer ini menggunakan perangkat lunak Mach3 sebagai pengendali gerak dari motor stepper untuk menggerakkan sumbu-sumbu mesin. Agar motor dapat bergerak, maka operator harus memberikan perintah dengan memasukkan kode-kode perintah berupa G-Codes yang selanjutkan akan diubah ke dalam bentuk sinyal atau pulsa agar motor stepper dapat berputar. Sinyal keluaran diteruskan kedalam rangkaian penterjemah sinyal (breakout board) melalui terminal paralel (parallel port) dimana pengaturan jalur masuk atau keluar (input/output) harus diatur terlebih dahulu dalam perangkat lunak Mach3. Sinyal keluaran dari komputer yang telah diterima oleh breakout board kemudian akan diterima oleh stepper driver untuk dilakukan penguatan sinyal, sehingga stepper driver dapat memberi perintah pada motor stepper untuk berputar. Gambaran dari keseluruhan sistem dapat dilihat pada gambar 3.1 dan diagram alir proses dapat dilihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.1. Konfigurasi Keseluruhan Sistem 25


26

Gambar 3.2. Diagram Alir Proses Kerja

Pada gambar 3.2 ditunjukkan alur proses untuk pembuatan benda dengan mesin bor otomatis berbasis komputer. Urutan proses tersebut adalah persiapan mesin, persiapan


27

benda kerja, seting mesin dan menjalankan program. Alur program tersebut akan menjadi pemandu operasi apabila akan melakukan proses kerja, sehingga dapat meminimalkan kesalahan proses, kesalahan kerja dan kerusakan mesin atau benda kerja.

3.2. Sistem Perangkat Keras Pada perancangan sistem perangkat keras (hardware) ini, terbagi menjadi 2 kelompok yaitu perangkat keras mekanik dan perangkat keras elektronik.

3.2.1. Perancangan Perangkat Keras Mekanik Dalam perancangan perangkat keras mekanik ini menggunakan bahan dasar dari aluminium untuk komponen rangka atau bodi mesin. Komponen pada bagian-bagian seperti bantalan gelinding (bearing), poros ulir bulat (ball screw) dan batangan as (linear shaft) menggunakan bahan dasar logam. Bahan-bahan tersebut relatif mudah di dapatkan dengan harga cukup murah, kecuali untuk bahan dasar alumunium yang lebih mahal. Hasil perancangan sistem mekanik kemudian dikerjakan dengan proses permesinan untuk

mendapatkan hasil yang cukup presisi sesuai kebutuhan sistem.

Gambaran perancangan dari sistem mekanik yang akan direalisasikan ditunjukkan pada gambar 3.3.

Gambar 3.3. Rancangan Hardware Mekanik


28

Mesin bor otomatis ini bergerak dalam 3 sumbu, yaitu sumbu x, sumbu y, sumbu z dan pada setiap sumbunya digerakkan oleh sebuah motor stepper. Setiap sumbu terdapat limit switch yang akan membatasi pergerakan setiap sumbu mesin. Batas-batas pergerakan sumbu mesin dapat dilihat lebih jelas pada gambar 3.4 dan gambar 3.5 berikut ini :

Gambar 3.4. Batas Pergerakan Sumbu Y

Gambar 3.5. Batas Pergerakan Sumbu X dan Z


29

3.2.2. Perancangan Perangkat Keras Elektronik 3.2.2.1. Breakout Board Fungsi breakout board dalam perancangan mesin bor otomatis ini adalah untuk komunikasi komputer dengan kontrol motor dan untuk memisahkan aliran listrik komputer dengan aliran listrik kontrol motor stepper dan motor, sehingga saat terjadi kerusakan pada aliran listrik motor stepper, tidak merusak komponen-komponen pada komputer. Komponen utama dari breakout board ini adalah optocoupler seperti ditunjukkan pada gambar 3.6. Proses sinyal didalam breakout board terbagi menjadi tiga bagian utama, yaitu masukkan breakout board dari parallel port, masukan breakout board dari limit switch dan keluaran breakout board. Dalam perancangan breakout board diperlukan pemilihan komponen yang tepat, sehingga fungsi utama dari breakout board dapat berjalan dengan optimal.

Gambar 3.6. Masukkan Optocoupler [15]

a. Masukkan Optocoupler Breakout Board dari Parallel Port dan Limit Switch Breakout board mendapatkan masukkan sinyal dari parallel port melewati pin keluaran (Output Pin) dan dari limit switch. Sinyal tersebut kemudian akan melewati sebuah resistor pengaman (RD) sebelum masuk pada komponen utama breakout board yaitu optocoupler (gambar 3.6.). Optocoupler yang digunakan adalah optocoupler tipe PC817 karena selain memiliki kemampuan switching yang cepat ( 3-4 µs ) juga karena sangat mudah didapat dipasaran. Resistor digunakan sebagai hambatan agar tegangan dan

arus

yang

masuk

tidak

merusak

komponen optocoupler tersebut. Untuk


30

menentukan nilai resistor, dapat menggunakan perhitungan yang mengacu dari persamaan (2.1) sebagai berikut: Tegangan keluaran dari parallel port = 5 V. Arus yang dipakai (typical datasheet) = 20 mA. Tegangan Led (typical datasheet) = 1,2 V. Sehingga : Vcc

= VLED + VRESISTOR

VRESISTOR

= Vcc - VLED

VRESISTOR

= 5V – 1,2V = 3,8V

VRESISTOR

= I x RD

Maka,

RD

= VRESISTOR / I = 3,8 V / 20 mA = 190 Ω

Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh batas nilai resistor untuk masukan dari optocoupler adalah 190Ω. Dalam kaitannya dengan ketersediaan nilai resistor dipasaran, maka dipilih nilai resistor sebesar RD = 200Ω. Sehingga arus yang masuk ke dalam optocoupler menjadi : I

= VRESISTOR / RD = 3,8 V / 200 Ω = 0,019 A = 19 mA

b. Keluaran Optocoupler Breakout Board

Gambar 3.7. Keluaran Optocoupler


31

Keluaran optocoupler ditunjukkan pada gambar 3.7. Transistor pada optocoupler berfungsi sebagai saklar kontak, sehingga ketika LED menyala, arus mengalir dari sumber 5V menuju ground karena kaki kolektor dan emitor terhubung. Pada keluaran optocoupler juga terdapat resistor yang nilainya harus diperhitungkan agar kinerja optocoupler dapat bekerja maksimal. Perhitungan nilai resistor berdasarkan nilai tegangan dan arus collector sehingga respon frekuensi dapat terjadi dengan baik . Perhitungan untuk menentukan nilai resistor RL yang mengacu dari persamaan (2.1) adalah sebagai berikut : Tegangan masukkan Vcc = 5 Volt Arus Ic = 7 mA RL

= Vcc / Ic = 5V / 7 mA = 714 Ω

Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh, batas nilai resistor untuk keluaran dari optocoupler adalah 714 kΩ. Dalam kaitannya dengan ketersediaan nilai resistor dipasaran, maka dipilih nilai resistor sebesar RL = 660 Ω.

c.

Lampu Indikator Pada rangkaian breakot board ditambahkan rangkaian untuk lampu indikator proses

untuk menandai keadaan suatu mesin pada kondisi proses atau tidak. Lampu indikator menggunakan lampu led 24 V dengan warna kuning sebagai indikator proses dan lampu berwarna hijau sebagai indikator mesin kondisi aman atau standby. Gambar 3.8 menunjukan rangkaian untuk lampu indikator.

Gambar 3.8. Rangkaian Lampu Indikator


32

Pada rangkaian lampu indikator menggunakan transistor NPN D313 yang digunakan sebagai saklar otomatis untuk menghidupkan lampu indikator. Perhitungan untuk nilai resistor pada kaki basis menggunakan rumus berdasarkan persamaan (2.4) sebagai berikut :

Tegangan masukkan basis

= 5V

Penguatan transistor (β)

= 40 – 320

Arus lampu indikator (Ic)

= 20mA

IB

=

IB

=

IB

= 0,0004 A

RB

= V / IB

Maka;

= 5V / 0,0004 = 12,5 kΩ

≈ 13 kΩ

3.2.2.2. Stepper Driver Perancangan modul pengendali motor stepper berfungsi untuk menerima sinyal masukkan dari parallel port berupa pulsa (clock) dan arah pergerakan (direction) yang digunakan untuk mengatur motor stepper agar dapat bergerak sesuai yang diinginkan. Modul ini diperlukan karena arus dan tegangan yang keluar dari parallel port kurang besar untuk dapat menggerakkan motor stepper. Pengendali motor stepper ini terdiri dari IC L297 yang berfungsi sebagai penterjemah sinyal masukkan dari komputer dan mengubahnya menjadi sinyal sekuensial yang digunakan untuk menggerakkan motor stepper. Keluaran dari IC L297 akan diberikan kepada L298 yang berfungsi sebagai pengatur arus dan tegangan masukkan untuk motor stepper.


33

Gambar 3.9. Rangkaian Pengendali Motor Stepper

Rangkaian pengendali motor stepper pada gambar 3.9 diatas, pada pin osilator terhubung dengan resistor dan kapasitor yang nilai dari masing-masing komponen dipengaruhi oleh frekuensi yang ditimbulkan oleh motor stepper. Mode pergerakan dari motor stepper yang akan dipakai adalah full step karena mode tersebut sudah memiliki ketelitian yang sudah baik, yaitu 0,0125 mm per step. Nilai itu didapat dari perhitungan dibawah ini : Sudut step motor

= 1,8 derajat

Step per revolusi

= 360 / 1,8 = 200 step

Jarak gang ulir bola

= 2,5mm

Step

= 2,5 / 200 = 0,0125mm

Rumus frekuensi adalah f= 1/T , maka frekuensi motor dapat diketahui lewat kecepatan pergerakan sumbu yaitu 4mm/detik dengan mengubahnya dalam satuan step/detik. Sehingga besar frekuensi motor adalah :


34

(step/detik)

Untuk perhitungan nilai resistor dan kapasitor yang terhubung dengan osilator (dengan besar nilai R > 10kΩ) dirumuskan dengan :

Selain nilai resistor dan kapasitor yang tersambung pin osilator pada IC l297, pada IC L298 juga terdapat resistor yang yang tersambung pada pin 1 dan 15 (pin Sen_A dan Sen_B) dan terhubung dengan ground untuk membatasi arus beban yang mengalir pada rangkaian. Besar nilai resistor adalah 0,5Ω yang diambil sesuai dengan nilai pada datasheet. Dengan adanya tegangan sensor beban maksimal 0,5V (dipilih 0,5V dari ketentuan -1V hingga 2V pada datasheet), maka perhitungan daya dari resistor yang mengacu dari persamaan (2.3) adalah :

watt

3.2.2.4. Motor Stepper Semua motor sumbu yang digunakan adalah produk dari Sanyo Denki tipe 103H7126-1441 dengan spesifikasi DC 3.35 A dan 1.8 derajat/step.


35

3.3. Sistem Software Perangkat lunak yang dipakai pada perancangan mesin bor otomatis ini adalah Mach3, yang memiliki peranan penting dalam hal pengoperasian mesin, karena semua kontrol dilakukan dengan software ini. Pengendalian yang dilakukan oleh perangkat lunak ini adalah pergerakan sumbu x, sumbu y, sumbu z dan spindel. Perangkat lunak ini juga mendeteksi pergerakan maksimal dari masing-masing sumbu melalui limit switch yang terpasang pada setiap sumbu mesin.

3.3.1. Konfigurasi Mach3 Pengoperasian mesin bor otomatis berbasis komputer menggunakan perangkat lunak Mach3 Mill karena memiliki kesamaan karakteristik gerakan. Setting ports dan pins antara perangkat lunak dengan perangkat keras harus disamakan terlebih dahulu supaya perintah yang diberikan sesuai dengan hasil gerakan dari mesin.

3.3.1.1. Langkah Setting Konfigurasi Input dan Output a. Memilih menu Ports and Pins pada Toolbar Config. b. Menentukan parameter pada Tab Motor Outputs. Pada bagian ini, parameter yang perlu disetting adalah kolom pengaktifan sumbu yang akan dipakai (Enable) , pin untuk jalur sinyal langkah motor stepper yang akan digunakan (Step Pin#) dan pin untuk jalur sinyal arah gerak sumbu (Dir Pin#). Nomer pin yang akan digunakan untuk jalur motor sumbu dan spindle dapat dilihat pada tabel 3.1 dan aplikasi penggunaan pin dapat dilihat pada gambar 3.10.

Tabel 3.1. Nomer Pin Untuk Motor Output Sinyal

Pin Pulsa

Pin Arah

Sumbu X

2

3

Sumbu Y

4

5

Sumbu Z

6

7


36

Gambar 3.10. Parameter Motor Output

c. Menentukan Parameter pada Tab Input Signals Sinyal masukkan dilewatkan melalui pin 10-13. Sinyal masukkan berasal dari limit switch, titik referensi mesin (homing) dan tombol darurat (emergency stop). Jumlah pin untuk masukkan sinyal lebih sedikit dibanding jumlah sumber masukkan sinyal, sehingga beberapa sumber masukkan sinyal yaitu sinyal dari limit switch, dipasang secara seri. Nomer pin untuk jalur sinyal masukkan dalam perancangan ini dapat dilihat pada tabel 3.2 dan aplikasi penggunaan pin dapat dilihat pada gambar 3.11. Tabel 3.2. Nomer Pin Untuk Sinyal Input Sinyal

Nomer Pin

X ++

10

X--

10

Home X

11

Y ++

10

Y--

10

Home Y

12

Z ++

10

Z--

10

Home Z

13

Estop

10


37

Gambar 3.11. Parameter Input Signals

d. Menentukan Parameter pada Tab Ouput Signals Sinyal keluaran digunakan untuk menghidupkan lampu indikator proses pada mesin yang akan dilewatkan melalui pin nomer 8 dan 9. Gambar 3.12 dan gambar 3.13 dibawah menunjukkan konfigurasi untuk seting keluaran sinyal lampu indikator.

Gambar 3.12. Konfigurasi Pin Lampu Indikator


38

Gambar 3.13. Koneksi Lampu Indikator dengan Spindle

3.3.1.2. Langkah Setting Konfigurasi Tuning Motor Hal pertama yang harus dilakukan dalam proses tuning motor adalah menentukan berapa banyak step per unit dari pergerakan, dalam hal ini unit yang dipakai adalah millimeter atau metris. Sebagai parameter perhitungan untuk motor stepper adalah jumlah step per revolusi dari motor stepper, resolusi step dari driver motor yang dipakai dan jarak gang (pitch) ulir yang digunakan. Perhitungan data untuk tuning motor sudah dijelaskan pada bab sebelumnya.

Gambar 3.14. Motor Tuning

Pada gambar 3.14 diatas, akan diisikan semua parameter yang dibutuhkan dalam tuning motor stepper. Hal pertama yang harus lakukan adalah menentukan sumbu yang


39

akan di tuning dan simpan setingan yang sudah dilakukan untuk setiap setingan sumbu. Banyak pulsa atau step ditentukan untuk data yang dibutuhkan komputer untuk dikirimkan ke pengendali motor untuk menggerakkan motor stepper. Data step sudah didapat dari paragraf sebelumnya yaitu 200 step per unit dan dimasukkan pada kotak kiri bawah. Data pergerakan motor stepper (velocity) sesuai dengan batasan masalah yang ditentukan yaitu 4mm/detik atau 240mm/menit. Percepatan motor stepper adalah suatu pertimbangan penting saat bekerja dengan beban. Mengatur percepatan terlalu tinggi dapat mengakibatkan motor terhambat untuk mencapai kecepatan maksimal, terutama dengan beban berat. Percepatan atau akselerasi dipilih 90mm/detik2 untuk menghindari hambatan motor tersebut. Tombol pengaturan pergerakkan dan percepatan juga dimungkingkan selain dari data perhitungan yang ada untuk mendapatkan setingan yang lebih baik.

3.3.1.3. Contoh Program Gambar 3.15 berikut adalah contoh program pengeboran dengan menggunakan kode perintah yang tersedia pada software Mach3 :

Gambar 3.15. Gambar Benda Kerja

Contoh program : N10 T01 N20 G90 G00 X25 Y17.5 Z50 S1000 M03 N30 G99 G81 X25 Y17.5 Z-12 R10 F75

(Lubang 1)

N40 Y42.5

(Lubang 2)


N50 X75 Y17.5

(Lubang 3)

N60 Y42.5

(Lubang 4)

40

N70 G00 Z50 N80 G00 X125 Y17.5 N90 G98 G83 X125 Y17.5 Z-12 Q2 R10 F60

(Lubang 5)

N100 Y42.5

(Lubang 6)

N110 G80 N120 G28 X0 Y0 Z0 N130 M30

Penjelasan : N10

Memanggil alat nomer 1 (T01).

N20

Gerak cepat menuju titik X25 Y17.5 Z50, Spindel berputar searah jarum jam (M03) dengan kecepatan 1000rpm (S1000).

N30

Pengeboran dimulai (G81) pada titik X25 Y17.5 dengan kecepatan pemotongan (F75). Bor akan kembali ke titik bebas R setelah operasi pengeboran.

N40

Pengeboran dititik Y42.5 ( G99 adalah mode g-code drill akan mempertahankan alat potong kembali ke titik bebas R sampai G98 diberikan).

N50

Pengeboran berikutnya pada titik X75 Y17.5.

N60

Pengeboran pada titik Y42.5.

N70

Gerak cepat untuk pembebasan alat potong menuju Z50.

N80

Menuju posisi lubang selanjutnya (lubang 5) dititik X125 Y17.5.

N90

Pengeboran dengan mode G83 (Peck drilling) pada titik X125 Y17.5. (G98 menunjukkan bahwa alat potong akan bebas menuju titik inisial.

N100

Pengeboran pada titik Y42.5 dan kembali ke titik inisial.

N110

Perintah pengeboran dibatalkan (G80).

N120

Kembali ke titik referensi mesin.

N130

Program berhenti dan kembali ke awal program (M30).


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi mengenai hasil pengamatan dari mesin bor otomatis berbasis komputer dengan menggunakan perangkat lunak Mach3 yang telah direalisasi. Hasil pengamatan berupa analisa dan pengujian performa mekanik, performa elektronik dan hasil pengujian pada benda kerja.

4.1. Bentuk Fisik Mesin Bor Otomatis Berbasis Komputer Bentuk fisik mesin bor otomatis berbasis komputer ditunjukkan pada gambar 4.1.

Hardware Mekanik

Komputer

Hardware Elektronik

Gambar 4.1. Realisasi Mesin Bor Otomatis 41


42

Mesin bor otomatis ini memiliki tiga bagian utama yaitu hardware mekanik, hardware elektronik (panel kontrol) dan komputer. Pada komputer telah terinstalasi software Mach3 yang digunakan sebagai kontrol utama dari mesin bor otomatis. Pada kotak hardware elektronik terdapat semua komponen-komponen yang telah terhubung satu dengan yang lain yang diperlukan untuk menggerakkan hardware mekanik. Hardware elektronik terhubung dengan komputer lewat parallel port, dan akan mengolah sinyal dari software Mach3 untuk diteruskan pada hardware mekanik. Pada hardware mekanik, terpasang motor-motor sumbu dan motor spindle yang akan mengubah sinyal-sinyal perintah menjadi gerakan. Dari gerakan-gerakan yang dapat diperintah ini nantinya akan dapat diterapkan proses pengerjaan pada benda kerja. Mesin bor otomatis ini memiliki tiga sumbu gerak yaitu sumbu x, sumbu y dan sumbu z. Setiap sumbu digerakkan oleh sebuah motor step (stepper motor) yang tersambung dengan poros ulir bulat (ball screw) sebagai pengubah gerak putar motor menjadi gerakkan lurus. Jarak gang ulir dari poros ulir bulat adalah 2,5mm. Sumbu gerak posisi adalah sumbu x dan sumbu y (sumbu koordinat), sedangkan sumbu z digunakan sebagai tempat untuk meletakkan motor spindle dan juga sumbu gerak untuk kedalaman pengeboran. Meja mesin bor otomatis dilengkapi dengan mur tanam untuk memudahkan pencekaman benda kerja dan tombol pengaman (Emergency Stop) apabila terjadi ketidaksesuaian proses pengerjaan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.2.

Benda Kerja

Mur Tanam Emergency Stop Button

Gambar 4.2. Emergency Stop dan Penjepit Benda Kerja


43

4.2. Cara Pengoperasian Mesin Berikut ini adalah langkah-langkah pengoperasian mesin bor otomatis: 1. Menghubungkan koneksi sambungan dari terminal listrik dan koneksi parallel port antara komputer dengan panel kontrol. 2. Menghidupkan komputer dan membuka software Mach3 (pilih Mach3 Mill). Apabila pada kolom status terdapat tulisan Estop Button Pressed, tekan tombol Reset. 3. Memilih Wizard dan Pick Wizard pada toolbar, kemudian mengaktifkan proses Rectangular Bolt Pattern dengan menekan mouse bagian kiri sebanyak dua kali. 4. Pada bagian ini, user dapat memasukkan semua parameter yang dibutuhkan seperti menentukan titik referensi, jumlah dan jarak lubang pada sumbu x dan y, satuan unit yang dipakai (mm/inchi), tipe proses pengeboran, kecepatan pengeboran (feedrate) dan jarak bebas mata bor ketika melakukan proses pengeboran.

Gambar 4.3. Rectangular Bolt Pattern

5. Mengakhiri dan menyimpan data parameter yang sudah dimasukkan dengan menekan kotak Post Code. Pada saat mengakhiri langkah ini, maka program akan otomatis terbuat dan ditampilkan pada halaman muka (Program Run Alt-1). 6. Menghidupkan rangkaian pada panel kontrol dengan memutar Power Switch pada posisi hidup (On). 7. Memasang dan menjepit benda kerja pada meja mesin dan mata bor pada spindle.


44

8. Mengembalikan posisi semua sumbu pada referensi mesin dengan menekan Ref All Home. 9. Mendekatkan mata bor dengan benda kerja (sumbu x dan y) sesuai dengan titik referensi yang telah ditentukan sebelumnya (pada Rectangular Bolt Pattern) dan menyentuhkan ujung mata bor pada permukaan benda kerja. Langkah ini adalah menentukan titik referensi atau titik nol benda kerja. 10. Masukkan data titik referensi benda kerja dengan mengaktifkan kolom Offsets Alt5 yang ada dibawah kolom toolbar. Sebelum memasukkan titik referensi benda kerja, tombol koordinat mesin harus dipastikan pada kondisi tidak aktif dengan menekan tombol Machine Coord’s dan indikator lampu merah tidak menyala. 11. Memasukkan nilai yang sama dari sumbu x, y, z pada mesin koordinat ke kolom Current Work Offset. Setelah nilai offset dimasukkan, maka nilai koordinat mesin akan berubah menjadi nol. Apabila tombol koordinat mesin diaktifkan maka nilai yang sama tampil pada koordinat mesin dan koordinat offset.

Mesin Koordinat

Gambar 4.4. Referensi Benda Kerja saat Mesin Koodinat Off

Mesin Koordinat

Gambar 4.5. Referensi Benda Kerja saat Mesin Koodinat On


45

12. Mengaktifkan tampilan muka Program Run Alt-1 dan mengembalikan semua sumbu pada referensi mesin. 13. Memulai menjalankan program dengan menekan terlebih dahulu tombol Rewind CTRL-W untuk memastikan program berjalan dari awal. Apabila user ingin mengedit program terlebih dahulu, semua urutan program akan ditampilkan tersendiri dengan menekan tombol Edit G-Code. 14. Menjalankan program dengan menekan tombol Cycle Start dan menghentikan jalannya program dengan menekan tombol Stop (apabila terjadi kesalahan).

Program

Gambar 4.6. Menjalankan Program

Saat pengoperasian mesin, masih terdapat kendala yang berkaitan dengan power supply. Ketika program dijalankan, saat perintah motor spindle dihidupkan terkadang power supply mengalami gangguan sehingga terkondisi mati (switching off). Hal tersebut disebabkan tegangan induksi akibat penggunaan motor ac sebagai motor spindle. Kemungkinan lain adalah karena penggunaan power supply bukan merupakan produk baru


46

melainkan menggunakan power supply bekas komputer lama yang sangat dimungkinkan performa yang sudah mulai menurun (drop). Dengan menggunakan perangkat power supply yang baru, diharapkan dapat mengatasi hal tersebut mengingat bahwa gangguan yang ada tidak selalu terjadi.

4.3. Pengujian dan Analisa Hasil 4.3.1. Pengujian Repeatability Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuan tiap sumbu x, y, z kembali pada posisi yang sama (tetap) setelah melakukan suatu pergerakan serta untuk mengetahui kapan mesin harus melakukan homing sehingga kepresisian tetap terjaga. Pengujian dilakukan dengan menggerakkan salah satu sumbu pada jarak tertentu dan meletakkan outside dial pada kondisi nol seperti ditunjukkan gambar 4.7. Sumbu diperintahkan menjauh menuju jarak tertentu dan kembali ke titik semula. Setelah itu dapat dilihat apakah jarum pada outside dial kembali pada angka nol atau terjadi pergeseran. Apabila terjadi penyimpangan dengan jarak awal sebelum digerakan, berarti hardware masih kurang presisi. Pergerakan ini dilakukan secara berulang-ulang untuk mengetahui kestabilan pergeseran mesin seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.1, tabel 4.2, dan tabel 4.3.

Gambar 4.7. Repeatability Test Setting


Tabel 4.1. Repeatability Test Sumbu X Percobaan Sumbu X

Pergeseran (mm) 20

40

60

Penyimpangan (mm) 1

-0.015

0.005

0.005

2

0.005

0

0.005

3

0.005

0

0

4

0.005

0.005

0.005

5

0.005

0

0.005

6

0.005

0.005

0.005

7

0.01

0.005

0

8

0.005

0.005

0.005

9

0.005

0.005

0

10

0.005

0.005

0.005

Rata-rata (mm)

0.007

0.004

0.004

Persentase (%)

0.033

0.009

0.006

Tabel 4.2. Repeatability Test Sumbu Y Percobaan Sumbu Y

Pergeseran (mm) 20

40

60

Penyimpangan (mm) 1

-0.02

0.005

0.02

2

-0.01

0.015

0.005

3

-0.02

0

0.005

4

-0.02

0

0.01

5

-0.01

0

0

6

-0.01

0.015

0.005

7

0

0.005

0.01

8

0

0.015

0.02

9

0

0.01

0.01

10

0

0.015

0.015

Rata-rata (mm)

0.009

0.008

0.01

Persentase (%)

0.045

0.02

0.017

47


48

Tabel 4.3. Repeatability Test Sumbu Z Percobaan Sumbu Z

Pergeseran (mm) 15

30

45

Penyimpangan (mm) 1

0

0.01

0

2

0

0

0

3

-0.005

0

-0.005

4

0

0.01

-0.005

5

0

0.005

-0.005

6

-0.005

0.005

-0.005

7

0

0

-0.005

8

0

0.005

-0.005

9

-0.005

0

0

10

0

0.01

-0.01

Rata-rata (mm)

0.002

0.005

0.004

Persentase (%)

0.01

0.015

0.009

Pada pengujian repeatability yang telah dilakukan dan ditunjukkan pada tabel 4.1, tabel 4.2, tabel 4.3, menunjukkan bahwa pada setiap sumbu mengalami penyimpangan. Penyimpangan terbesar rata-rata dari sumbu x adalah 0,0065mm pada pergeseran 20mm, sumbu y adalah 0,01mm pada pergeseran 60mm dan sumbu z adalah 0,0045mm pada pergeseran 40mm. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa repeatability mesin bor otomatis ini sangat baik. Hal tersebut dikaitkan akan tujuan awal perancangan bahwa mesin bor ini dibuat untuk mempermudah pekerjaan seperti pembuatan sangkar burung dan pembuatan pcb berlubang.

4.3.2. Pengujian Ketelitian Pengujian ketelitian dilakukan dengan memasang outside dial di sisi sumbu yang akan diuji, kemudian menggeser tiap sumbu yang diuji sejauh jarak tertentu selama berulang-ulang (gerak maju dan mundur), serta membandingkan antara pergeseran yang diminta dengan pergeseran aktual yang terjadi. Selama sumbu bergerak maju atau mundur, posisi dari outside dial harus selalu menempel pada bidang kontak. Pergerakan pengujian dengan interval 1mm, 3mm, dan 5mm seperti yang ditunjukkan pada tabel 4.4, tabel 4.5, dan tabel 4.6.


Tabel 4.4. Pengujian Ketelitian Sumbu X Perintah Gerak

Aktual Gerak

Penyimpangan

(mm)

(mm)

(mm)

1

-1

-0.99

-0.01

2

-1

-1

0

3

-1

-1.025

0.025

4

-1

-1.04

0.04

5

-1

-1.01

0.01

6

-1

-0.98

-0.02

7

-1

-1.01

0.01

8

-1

-1.035

0.035

9

-1

-1.04

0.04

10

-1

-1.01

0.01

11

1

0.96

0.04

12

1

0.96

0.04

13

1

0.99

0.01

14

1

1.02

-0.02

15

1

0.985

0.015

16

1

0.96

0.04

17

1

0.98

0.02

18

1

1

0

19

1

1.01

-0.01

20

1

0.985

0.015

21

-3

-3.02

0.02

22

-3

-2.98

-0.02

23

-3

-3.035

0.035

24

3

3.02

-0.02

25

3

2.98

0.02

26

3

2.99

0.01

27

-5

-5.01

0.01

28

-5

-5.01

0.01

29

5

4.99

0.01

30

5

4.99

0.01

No.

49


Tabel 4.5. Pengujian Ketelitian Sumbu Y Perintah Gerak

Aktual Gerak

Penyimpangan

(mm)

(mm)

(mm)

1

-1

-1

0

2

-1

-1.02

0.02

3

-1

-1.025

0.025

4

-1

-1.015

0.015

5

-1

-1

0

6

-1

-1.01

0.01

7

-1

-1.025

0.025

8

-1

-1.03

0.03

9

-1

-1.02

0.02

10

-1

-1.02

0.02

11

1

0.98

0.02

12

1

0.97

0.03

13

1

0.985

0.015

14

1

1

0

15

1

1.01

-0.01

16

1

0.99

0.01

17

1

0.995

0.005

18

1

1

0

19

1

1.01

-0.01

20

1

1.025

-0.025

21

-3

-2.995

-0.005

22

-3

-2.99

-0.01

23

-3

-2.99

-0.01

24

3

3.025

-0.025

25

3

3.02

-0.02

26

3

3.05

-0.05

27

-5

-4.97

-0.03

28

-5

-4.97

-0.03

29

5

5.04

-0.04

30

5

5.05

-0.05

No.

50


Tabel 4.6. Pengujian Ketelitian Sumbu Z Perintah Gerak

Aktual Gerak

Penyimpangan

(mm)

(mm)

(mm)

1

-1

-0.99

-0.01

2

-1

-1

0

3

-1

-1

0

4

-1

-1

0

5

-1

-1

0

6

-1

-1.015

0.015

7

-1

-1

0

8

-1

-1

0

9

-1

-0.995

-0.005

10

-1

-1

0

11

1

1.005

-0.005

12

1

0.995

0.005

13

1

1

0

14

1

0.99

0.01

15

1

1

0

16

1

1

0

17

1

1.005

-0.005

18

1

1

0

19

1

1.01

-0.01

20

1

1

0

21

-3

-3

0

22

-3

-3.01

0.01

23

-3

-2.99

-0.01

24

3

2.99

0.01

25

3

3

0

26

3

3.005

-0.005

27

-5

-4.99

-0.01

28

-5

-5.005

0.005

29

5

5.005

-0.005

30

5

5.005

-0.005

No.

51


52

Dari pengujian ketelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa penyimpangan terbesar sumbu x adalah 0,04mm, sumbu y adalah 0,05mm, dan sumbu z adalah 0,01mm. Dengan data tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa mesin bor otomatis ini memiliki ketelitian ± 0,05mm. Nilai ketelitian ± 0,05mm diambil dari penyimpangan terbesar yang terjadi dan diasumsikan pada kedua arah pergerakan yaitu plus dan minus. Sehingga total penyimpangan yang boleh terjadi berada pada rentang jarak 0,1mm.

4.3.3. Pengujian Dimensi Area Kerja Pengujian dimensi area kerja ini dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar jauh pergerakan yang dapat dilakukan oleh mesin bor otomatis dan seberapa besar dimensi benda kerja yang dapat dikerjakan pada mesin bor otomatis ini. Pengujian ini dilakukan dengan menggerakkan semua sumbu menuju titik referensi mesin (home), kemudian menggerakkan setiap sumbu menjauh dari titik referensi mesin hingga menyentuh limit switch yang terpasang pada setiap sumbu. Posisi referensi mesin berada diantara dua limit switch, sehingga perlu menggerakkan sumbu ke kanan dan kiri. Panjang langkah total dapat diketahui dengan menjumlahkan panjang langkah ke kanan dan panjang langkah ke kiri. Pada setiap sumbu sudah terpasang skala linier berupa penggaris besi, sehingga panjang langkah yang dilakukan sumbu dapat langsung terbaca. Pengujian dimensi area kerja dapat dilihat pada tabel 4.7 berikut ini :

Tabel 4.7. Pengujian Dimensi Area Kerja Sumbu

Titik Posisi (mm)

Panjang

Batas Kiri

Home

Batas Kanan

Langkah (mm)

X

56

276

336

280

Y

28

316

395

367

Z

31

96

104

73

Dari hasil pengujian dimensi area kerja yang telah dilakukan menunjukkan bahwa, panjang lintasan area kerja sumbu x adalah 280mm, sumbu y adalah 367mm dan sumbu z adalah 72mm. Hasil pengujian tersebut membuktikan bahwa dimensi area kerja awal yaitu 250mm x 300mm x 20mm (x,y,z) dapat terrealisasi dengan baik.


53

4.3.4. Pengujian Kecepatan Gerak (Feeding) Maksimal Pengujian kecepatan gerak maksimal ini dilakukan untuk mengetahui seberapa cepat gerak yang mampu dilakukan oleh mesin bor otomatis. Selain untuk mengetahui kecepatan maksimal gerak mesin, pengujian ini juga untuk membuktikan apakah perintah kecepatan gerak yang diminta program juga sesuai dengan realisasinya. Pengujian ini dilakukan dengan menggerakkan sumbu dengan jarak tertentu dan menghitung waktu yang dibutuhkan untuk mencapai tujuan tersebut. Pengujian dilakukan berulang-ulang dengan meningkatkan perintah kecepatan gerak (feeding) hingga mesin tidak mampu lagi melakukan kecepatan gerak yang lebih tinggi. Pengujian akan dilakukan dengan interval peningkatan kecepatan gerak 50mm/min. Pengujian kecepatan gerak dapat dilihat pada tabel 4.8, tabel 4.9, dan tabel 4.10 berikut :

Tabel 4.8. Pengujian Kecepatan Gerak Sumbu X No.

Feeding Program Jarak Tempuh

Waktu

Feeding Aktual

(mm/min)

(mm)

(detik)

(mm/min)

1

50

200

250

48

2

100

200

124

96.77

3

150

200

83

144.58

4

200

200

63

190.48

5

250

200

49

244.90

6

300

200

41

292.68

7

350

200

35

342.86

8

400

200

31

387.10

9

450

200

27

444.44

10

500

200

25

480

11

550

200

25

480

12

600

200

25

480


Tabel 4.9. Pengujian Kecepatan Gerak Sumbu Y Feeding Program

Jarak Tempuh

Waktu

Feeding Aktual

(mm/min)

(mm)

(detik)

(mm/min)

1

50

200

250

48

2

100

200

124

96.77

3

150

200

83

144.58

4

200

200

63

190.48

5

250

200

49

244.90

6

300

200

41

292.68

7

350

200

35

342.86

8

400

200

31

387.10

9

450

200

27

444.44

10

500

200

25

480

11

550

200

25

480

12

600

200

25

480

No.

Tabel 4.10. Pengujian Kecepatan Gerak Sumbu Z No.

Feeding Program Jarak Tempuh

Waktu

Feeding Aktual

(mm/min)

(mm)

(detik)

(mm/min)

1

50

50

63

47.62

2

100

50

31

96.77

3

150

50

21

142.86

4

200

50

16

187.5

5

250

50

13

230.77

6

300

50

11

272.73

7

350

50

9

333.33

8

400

50

8

375

9

450

50

7

428.57

10

500

50

6

500

11

550

50

6

500

12

600

50

6

500

54


55

Dari hasil pengujian kecepatan gerak yang telah dilakukan menunjukkan bahwa sumbu x, sumbu y dan sumbu z tidak mengalami perubahan waktu tempuh pada kecepatan diatas 500mm/menit yang dikarenakan kemampuan driver yang terbatas (hanya mode full step). Sehingga dapat disimpulkan bahwa kecepatan maksimal tiap sumbu adalah 500mm/menit atau 8,33mm/detik Feeding aktual yang dihasilkan menunjukkan sedikit perbedaan dengan feeding program. Perbedaan yang dihasilkan, karena penyelarasan gerak mesin hanya berdasarkan ukuran linier berupa penggaris secara visual. Penyelarasan dilakukan dengan feature Mach3 yang disebut kalibrasi sumbu (axis calibration) seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.8.

1

2

3

Gambar 4.8. Pemilihan Axis Calibration

Gambar 4.8 menunjukkan langkah kalibrasi sumbu dengan software Mach3. Pada langkah ketiga, memilih sumbu yang akan dikalibrasi, karena kalibrasi sumbu hanya bias dilakukan tiap sumbu. Setelah pemilihan sumbu, selanjutnya akan muncul pertanyaan untuk menggerakkan sumbu seberapa jauh. Kemudian sumbu akan bergerak seperti yang diperintahkan (perhatikan posisi awal sebelum sumbu bergerak). Setelah berhenti, akan muncul lagi pertanyaan bahwa seberapa jauh aktualisasi gerak sumbu yang terjadi dengan melihat skala linier yang ada pada mesin. Dengan memasukkan aktual gerak yang terjadi, maka software Mach3 akan otomatis menghitung nilai stepper pada motor tuning, seperti yang ditunjukkan gambar 4.9.


56

1

2

3 Gambar 4.9. Axis Calibration

Dengan cara kalibrasi yang telah dilakukan tersebut, penyimpangan kecepatan maksimal terjadi karena pembacaan skala hanya secara visual bukan dengan menggunakan alat ukur yang sesuai. Perbaikan lain juga dimungkinkan dengan cara merubah step per pada motor tuning sehingga diperoleh penyimpangan feeding yang lebih kecil.

4.3.5. Pengujian Pengeboran Pengujian pengeboran dilakukan untuk mengetahui pergerakan setiap sumbu ketika diperintah dalam suatu program kerja. Pengujian ini juga dapat memberikan data secara visual yaitu kesesuaian dan kesamaan gerak dari setiap sumbu. Pengujian ini dilakukan dengan proses pengeboran pada benda kerja (akrilik) dengan mata bor berdiameter 2 mm, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.10.


57

Gambar 4.10. Pengujian Pengeboran pada Benda Kerja

Pengujian pengeboran yang dilakukan tersebut menunjukkan bahwa ada dua proses pengeboran yang berbeda (kanan dan kiri). Pada pengujian sebelah kiri, proses pengeboran memiliki jarak yang sama pada sumbu x dan jarak yang berubah-ubah pada sumbu y. Sedangkan pada pengujian disebelah kanan, proses pengeboran dilakukan dengan jarak yang sama pada sumbu x maupun sumbu y. Pengujian pada benda kerja yang tebal juga dilakukan untuk memenuhi tuntutan awal yaitu dapat melakukan proses pengeboran pada ketebalan benda kerja hingga 20mm. Pengujian yang telah dilakukan membuktikan bahwa mesin bor otomatis mampu melakukan proses pengeboran lebih dari 20mm seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.11. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mata bor yang memiliki diameter 2mm dan pergeseran hanya pada salah satu sumbu saja.

Gambar 4.11. Pengeboran pada Material Tebal


58

4.3.6. Pengujian Breakout Board Pengujian ini dilakukan untuk memastikan jalur koneksi yang diperintah sesuai dengan keluaran yang ada pada parallel port dengan menggunakan osiloskop digital. Adapun langkah pertama yang dilakukan adalah menentukan konfigurasi dan fungsi dari tiap-tiap pin yang telah tersambung pada parallel port seperti ditunjukkan tabel 4.11.

Tabel 4.11. Konfigurasi Pin Parallel Port Pin 1

Enable

Pin 10

Limit Switch + Estop

Pin 2

Step X

Pin 11

Home X

Pin 3

Direction X

Pin 12

Home Y

Pin 4

Step Y

Pin 13

Home Z

Pin 5

Direction Y

Pin 14

−

Pin 6

Step Z

Pin 15

−

Pin 7

Direction Z

Pin 16

−

Pin 8

Spindle On

Pin 17

−

Pin 9

−

Pin 18 - 25

Ground

Dari data konfigurasi koneksi tersebut pin nomer 1 hingga nomer 8 adalah jalur keluaran dari komputer yang akan memberikan perintah kerja dalam bentuk tegangan. Pengujian tegangan pada pin parallel port dimaksudkan untuk mengetahui seberapa besar tegangan yang dikeluarkan oleh parallel port dengan menggunakan alat multitester. Pengujian tidak dilakukan pada semua pin, tetapi hanya akan diukurkan pada pin keluaran, yaitu pin 1, 3, 5, 7, 8. Untuk pin 2, 4, 6 akan dipakai pada pengujian frekuensi karena pin tersebut digunakan sebagai jalur pulsa (clock). Dari pengujian tegangan yang dilakukan, nilai tegangan aktif dari pin parallel port mendekati 5 volt. Untuk nilai tegangan tidak aktif adalah mendekati 0 volt. Hal ini sesuai dengan teori logika 1 (high) dan logika 0 (low) yang menyatakan bahwa nilai tegangan berlogika 1 berada pada kisaran 2,0 volt sampai 5,0 volt, sedangkan tegangan berlogika 0 berada pada kisaran 0 volt hingga 0,8 volt. Berikut adalah tabel 4.12 yang menunjukkan hasil pengujian tegangan dari pin keluaran parallel port :


59

Tabel 4.12. Pengujian Tegangan Pin Keluaran Parallel Port No. Pin Tegangan ( V ) 1 3 5 7 8

Keterangan

4,935

aktif

0,086

non aktif

4,939

Clockwise

0,088

Counter clockwise

4,940

Clockwise

0,087

Counter clockwise

4,940

Clockwise

0,088

Counter clockwise

4,938

aktif

0,088

non aktif

Pada breakout board juga dilakukan pengujian frekuensi dari sinyal (clock) yang digunakan untuk menggerakkan motor step. Pengujian sinyal ini dimaksudkan untuk mengetahui berapa besar frekuensi yang dihasilkan untuk menggerakkan motor step pada kecepatan tertentu. Pengambilan data dilakukan dengan menggunakan PC oscilloscope seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.12, dengan mengukurkannya pada kaki kolektor optocoupler yang digunakan sebagai jalur sinyal. Pengujian dilakukan dengan mengambil tiga data kecepatan yaitu 50mm/menit, 100mm/menit dan 300mm/menit. Data pengujian sinyal dapat dilihat pada tabel 4.13 berikut:

Gambar 4.12. Pengujian Frekuensi Sinyal


60

Tabel 4.13. Data Pengujian Frekuensi Sinyal Sumbu

X

Y

Z

Kecepatan

Tegangan

Frekuensi

(mm/min)

( Volt )

( Hz )

50

5,37

63,9

100

5,37

128

300

5,37

386,1

50

5,37

64,27

100

5,37

127,9

300

5,37

384,6

50

5,38

79,81

100

5,38

159

300

5,38

478,5

Dari data pengujian frekuensi tabel 4.9, ditunjukkan bahwa frekuensi sinyal yang yang dihasilkan berbanding lurus dengan kecepatan pergerakan sumbu. Semakin cepat gerak pergeseran sumbu, maka frekuensi yang dihasilkan juga akan semakin cepat. Apabila kecepatan pergerakan dipercepat dua kali lebih cepat dari kecepatan awal, maka frekuensi yang dihasilkan juga akan meningkat dua kali lebih cepat.

4.3.7. Pengujian Stepper Driver Pada pengujian stepper driver ini, akan diukur besar arus keluaran pada masingmasing driver pada keempat kabel keluarannya yang terhubung dengan motor dengan menggunakan multitester. Dari pengujian arus yang dilakukan, menunjukkan bahwa arus terbesar terjadi pada saat motor stepper tidak bergerak (holding). Hal ini disebabkan motor harus ditahan untuk tetap berhenti sebelum ada perintah bergerak. Data arus yang diukur menunjukkan bahwa arus terbesar bernilai 1,9 Ampere. Besar arus yang dihasilkan stepper driver sesuai dengan datasheet dari IC L298 yang merupakan komponen utama dari stepper driver yang hanya memberikan arus keluaran maksimal sebesar 2 Ampere. Berikut adalah tabel pengujian arus keluaran stepper driver yang ditunjukkan pada tabel 4.14 :


61

Tabel 4.14. Pengujian Arus Keluaran Stepper Driver Driver

Kabel

Sb. X

Sb. Y

Sb. Z

Arus ( A ) Holding

Run

1

1,7

-0,098

2

1,9

-0,046

3

1,7

-0,039

4

1,9

0,035

1

1,4

0,002

2

1,4

0,002

3

1,5

0,002

4

1,5

0,003

1

1,3

0,008

2

1,3

0,005

3

1,3

0,008

4

1,3

0,005

4.3.8. Lampu Indikator Lampu indikator berfungsi sebagai penanda bahwa mesin sedang dalam keadaan proses, standby atau emergency. Pada awal perancangan, lampu indikator diletakkan pada rangkaian breakout board. Oleh karena rangkaian control dimasukkan kedalam kotak panel, maka ada perubahan rangkaian lampu indikator. Rangkaian lampu indikator dinamakan relay board karena komponen utamanya adalah sebuah relay dc 5v seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.13.

Gambar 4.13. Relay Board


62

Dalam satu pcb terdapat dua rangkaian relay dan kedua rangkaian (x1-1 dan x1-2) terpicu secara bersamaan. Salah satu rangkaian digunakan untuk menghidupkan motor spindle, dan yang lain untuk lampu indicator. Saat motor tidak diperintah, maka lampu (hijau) yang terhubung dengan terminal NC (normally closed ) relay akan menyala. Dan saat motor diperintah, terminal NO (normally open) akan terhubung sehingga lampu proses (kuning) menyala. Dengan adanya perubahan rangkaian, maka perhitungan nilai R1 dan R2 yang sebelum telah diperhitungkan pada bab III juga mengalami perubahan. Pada rangkaian yang telah mengalami perubahan menggunakan transistor NPN BD139. Berikut adalah perhitungan nilai R1 dan R2, dengan menggunakan rumus berdasarkan persamaan (2.4) :

Tegangan masukkan basis

= 5V

Penguatan transistor (β)

= 100 – 250

Arus kolektor maksimal (Ic) = 1,5A

IB

=

IB

=

IB

= 0,004375 A

(ditentukan 160) (ditentukan 0,7A)

Maka; RB

= V / IB = 5V / 0,004375 = 1142,85 Ω ≈ 1,2 kΩ

4.4. Pembahasan Software Mesin bor otomatis berbasis komputer ini dioperasikan dengan menggunakan perangkat lunak Mach3. Mach3 dapat berkerja pada hampir semua komputer Windows untuk mengkontrol pergerakan motor (stepper dan servo) dengan G-Code. G-Code merupakan bahasa program yang digunakan Mach3 untuk memberikan sinyal-sinyal perintah sehingga motor dapat bergerak maju atau mundur secara bergantian ataupun secara bersamaan. Mach3 terhubung dengan mesin menggunakan jalur parallel port.


63

Parallel port sendiri memiliki 25 pin yang mana setiap pin dapat dikonfigurasikan untuk jalur sinyal yang berlainan. Proses pengerjaan yang dilakukkan mesin bor otomatis ini hanya proses pengeboran saja. Untuk membuat program pengeboran benda kerja, user dapat langsung menggunakan fasilitas yang diberikan Mach3. Mach3 sudah memberikan fasilitas instan untuk proses pengeboran yang dapat dipilih melalui Wizard. Dari proses pengeboran yang telah disediakan oleh Mach3, user hanya diminta memberikan data jumlah lubang, jarak lubang dan titik referensi untuk awal pengeboran.

4.5. Contoh Program Pada contoh program yang akan diperlihatkan berikut, merupakan contoh program yang digunakan dalam proses pengeboran yang telah ditunjukkan pada gambar 4.5 bagian kiri. Pada gambar 4.14 berikut menunjukkan ukuran jarak lubang pada sumbu x dan y, dengan variasi jarak pada sumbu y. Ukuran pada gambar kerja menggunakan satuan millimeter.

Gambar 4.14. Gambar Kerja Proses Pengeboran

Program G-Code untuk proses pengeboran gambar 4.11 : N001 G00 G49 G40 G17 G80 G50 G90 N002 M6 T1 N003 G21 (mm)


N004 G54 X0 Y0 N005 M03 S1000 N006 G90 N007 G00 G43 H0 Z3 N008 G83 X-10 Y-10 Z-10 Q0.5 R3 F20 N009 X-20 N010 X-30 N011 X-40 N012 X-50 N013 X-60 N014 X-70 N015 X-80 N016 Y-15 N017 X-70 N018 X-60 N019 X-50 N020 X-40 N021 X-30 N022 X-20 N023 X-10 N024 Y-25 N025 X-20 N026 X-30 N027 X-40 N028 X-50 N029 X-60 N030 X-70 N031 X-80 N032 Y-40 N033 X-70 N034 X-60 N035 X-50 N036 X-40

(siklus pengeboran)

64


65

N037 X-30 N038 X-20 N039 X-10 N040 Y-60 N041 X-20 N042 X-30 N043 X-40 N044 X-50 N045 X-60 N046 X-70 N047 X-80 N048 Y-85 N049 X-70 N050 X-60 N051 X-50 N052 X-40 N053 X-30 N054 X-20 N055 X-10 N056 G80

(mengakhiri siklus pengeboran)

N057 M5 M9 N058 G28 X0 Y0 Z0 N059 M30

Dari program yang telah dituliskan, user dapat mengolah kembali program apabila diperlukan. Hal ini berkaitan dengan penyesuaian program dengan mesin atau meminimalkan penggunaan baris program. Mesin bor otomatis ini hanya menggunakan satu alat potong (pada baris N002) sehingga perintah penggantian alat M6 dapat dihilangkan. Demikian juga, motor spindle mesin hanya menggunakan putaran tunggal M3 (pada baris N005) sehingga perintah berputar dapat dihilangkan.


BAB V PENUTUP Pada bab ini akan menjelaskan mengenai pengambilan kesimpulan berdasarkan implementasi sistem dan data pengamatan yang telah dilakukan pada bab IV, serta beberapa saran yang berguna untuk pengembangan sistem dikemudian hari.

5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil pengamatan dan pembahasan yang telah dilakukan, maka pengambilan kesimpulan dari pembuatan Mesin Bor Otomatis Berbasis Komputer adalah sebagai berikut : 1. Mesin dapat direalisasikan sesuai dengan desain perancangan awal. 2. Dimensi area kerja mesin bor yang terrealisasi adalah 280mm x 367mm x 72mm (x,y,z), dari dimensi rancangan awal 250mm x 300mm x 20mm. 3. Pengeboran dapat dilakukan hingga kedalaman 25mm dari tujuan awal yang mampu melakukan pengeboran hingga kedalaman 20mm. 4. Mesin bor otomatis ini memiliki ketelitian ± 0,05mm. 5. Mesin bor otomatis ini memiliki kecepatan maksimal 8,33mm/detik. Kecepatan gerak yang dihasilkan mesin bor otomatis ini adalah dua kali lebih cepat dari rancangan awal.

5.2. Saran Supaya mesin dapat lebih optimal dan layak jual, maka tidak hanya diperlukan rangkaian elektronik yang stabil. Tetapi juga membutuhkan suatu tampilan mekanik yang menarik, kuat, serta tahan lama. Mesin yang ada saat ini dapat disempurnakan menjadi sistem yang lebih baik. Pengembangan yang mungkin dilakukan antara lain : 1. Bodi mesin dibuat lebih kokoh (rigid) karena ini berkaitan dengan kesejajaran dan ketegaklurusan dari komponen gerak (sumbu) dan spindle. 2. Putaran spindle dapat digunakan untuk putaran M3 (clockwise) sekaligus M4 (counter clockwise).

66


67

3. Motor spindle menggunakan motor yang memang khusus digunakan untuk motor spindle mesin. Dengan menggunakan motor spindle yang lebih baik, maka mesin bor ini dapat juga digunakan sebagai mesin cnc yang dapat membuat kontur benda. 4. Penambahan sistem pengaman pada proses pengeboran, dengan menambahkan pelindung samping dan bawah untuk menghalangi kotoran hasil proses mengenai operator ataupun komponen elektronik. 5. Material yang digunakan tidak hanya untuk material bukan logam yang tingkat kekerasannya rendah atau lunak, tetapi ditingkat untuk material logam lunak seperti aluminium dan kuningan.


DAFTAR PUSTAKA

[1]

M. Thompson, L., 2006, Bacis Electricity and Electronics for Control, Fundamentals and Applications, 3rd ed, ISA—Instrumentation, Systems, and Automation Society, United States of America.

[2]

Tyo, 2014, Cara Membaca Nilai Resistor http://komponenelektronika.biz/resistor , diakses 23 juni 2014

[3]

Kusuma, D., 2014,2013, Nilai Resistor Yang Ada Di Pasaran http://herydwikusuma.blogspot.com/2013/09/nilai-resistor-yang-ada-di-pasaran.html, diakses 23 juni 2014

[4]

Storr, W., 2014, The Transistor as a Switch http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_4.html, diakses 9 Juni 2014

[5]

Newfangled Solutions LLC, 2005, Mach3, Livermore Falls http://www.machsupport.com/software/mach3/, diakses 3 Februari 2014

[6]

V. Ghadre, Dhananjay,1998, Programming the Parallel Port, Interfacing the PC for Data Acquisition and Process Control, R&D Books an imprint of Miller Freeman, Inc. 1601 West 23rd Street, Suite 200, Lawrence, KS 66046, USA.

[7]

Keralaguest, 2011, Parallel Port http://www.docstoc.com/docs/81702435/The-Parallel-Port, diakses 3 Februari 2014

[8]

Warfield, B., 2010-2014, CNC Breakout Board, 3470 Merrill Rd, Aptos http://www.cnccookbook.com/CCBreakoutBoards.htm, diakses 10 Februari 2014

[9]

Rouse, M., 2005, Optoisolator (optical coupler or optocoupler), New York http://searchnetworking.techtarget.com/definition/optoisolator, diakses 8 Mei 2014

[10] STMicroelectronics, 2001, Datasheet Stepper Motor Controllers L297, Italy [11] STMicroelectronics, 2001, Datasheet Dual Full-Bridge Driver L298, Italy [12] Industrial Circuits Application Note, Stepper Motor Basics http://www.solarbotics.net/library/pdflib/pdf/motorbas.pdf [13] Purnama, A., 2012, Limit Switch dan Saklar Push On http://elektronika-dasar.web.id/komponen/limit-switch-dan-saklar-push-on/, diakses 26 Mei 2014

68


69

[14] Denford, G and M Programing for CNC Milling Machine, Denford Limited, Birds Royd, Brighouse, West Yorkshire, England [15] Chun, 2005, Technical Data Sheet Photocoupler-RoHS Compliant, Everlight Electronics Co., Ltd. [16] Unisonic Technologies CO., LTD, 2001, Datasheet UTC D313 Planar Transistor, Sun-Chung City, Taiwan.

NPN Epitaxial


L1-1


L2-1


L2-2


L2-3


L2-4


L3-1


L3-2


L3-3


L3-4


L3-5


L3-6


L3-7


L3-8


L3-9


L3-10


L4-1


L4-2


L4-3


L4-4


L4-5


L4-6


L4-7


L4-8


L4-9


L4-10


L4-11


L4-12


L5-1


L5-2


L5-3


L5-4

TUGAS AKHIR PERANCANGAN MESIN BOR OTOMATIS BERBASIS KOMPUTER

Recommend Documents