commit to user 24
BAB III
PERENCANAAN DAN GAMBAR
3.1 Flow Chart Pembuatan PC Based CNC milling 3 axis dengan pengendali software Artsoft Mach3
Perakitan Komponen Elektrik Studi Literatur
Penentuan Spesifikasi Mesin
Perancangan Desain
Sesuai ?
Penentuan dan Pembelian Komponen
Pembuatan Komponen Mekanik
1 2
Ya Tidak
Start
commit to user
Gambar 3.1. Alur kerja tim dalam pembuatan Pembuatan PC Based CNC milling 3 axis dengan pengendali software Artsoft Mach3
Proyek akhir ini mulai dikerjakan dari studi literatur dari jurnal, internet, dan survei secara langsung tentang mesin PC based CNC yang sudah ada, mencari informasi tentang prinsip kerja, sistem kontrol, dan software kontrol yang digunakan. Selanjutnya tim melakukan spesifikasi mesin yang akan dibuat, mesin yang akan dibuat akan digunakan untuk membuat mock up atau patung bodi mobil MOLINA generasi berikutnya. Spesifikasi yang diperlukan berupa dimensi gerak sumbu mesin dan bahan material yang akan diproses.
Setelah itu dilanjutkan pembuatan konsep mekanisme kerja mesin serta sistem Ya
Tidak 1
Penggabungan Komponen Mekanik dan Elektrik
Uji Produk
Evaluasi ?
2
Laporan
Laporan dan Produk
Finish
commit to user
kontroler yang akan digunakan. Setelah konsep matang, langkah selanjutnya adalah pembuatan desain 3D menggunakan software SolidWorks agar dapat di evaluasi apakah sudah sesuai dengan spesifikasi yang diharapkan dan juga menghitung jumlah material yang diperlukan dalam pembuatan mesin PC Based CNC milling.
Proses pengerjaan dibagi menjadi dua, yaitu pembuatan komponen mekanik seperti: rangka, bracket motor stepper, sliding guide, bearing end support, dll. Yang kedua yaitu perakitan komponen elektrik yang berupa power supply, MCB, ELCB, relay, driver, breakout board, dll sesuai dengan rancangan yang dibuat. Selanjutnya komponen mekanik dan elektrik dirangkai menjadi satu produk utuh dan diuji, apabila uji coba mesin bekerja sesuai harapan, mesin akan diuji coba untuk membuat sebuah spesimen uji. Apabila masih terdapat error dalam kinerjanya maka harus dilakukan desain ulang guna memperbaiki kesalahan atau kegagalan yang ada. Jika sudah tidak ada trouble lagi, mesin siap digunakan untuk membuat patung bodi mobil.
Dalam proses perancangan desain memiliki standar yang harus di prioritaskan agar produk yang dibuat sesuai dengan permintaan. Desain diterima atau Ya, desain dinilai sudah cukup sesuai dengan dengan rancangan dan rencana kerja yang sudah dibuat. Dan desain ditolak atau direvisi, karena desain tidak sesuai dengan standar yang sudah ada. Setelah produk sudah di assembly antara mekanik dan electrikel-nya maka akan dilakukan proses uji jalan, disini juga memiliki standar tersendiri agar produk tersebut dapat digunakan dengan layak. Proses uji jalan diterima, setelah melalui proses fine tuning dan hasil yang didapat sesuai dengan standar yang sudah ada. Proses uji jalan ditolak atau harus dievaluasi kembali, hal ini terjadi karena hasil dari uji jalan tidak sesuai dengan standar yang sudah ada, dan dicari apa kondisi penyebab kegagalan tersebut.
3.2 Perancangan Rangka Lengan Sumbu Z
Persyaratan dalam perancangan rangka lengan sumbu Z sesuai kebutuhan dan spesifikasi yang sudah direncanakan.
Adapun kebutuhan dan spesifikasi rangka lengan sumbu Z:
1. Kuat,
commit to user 2. Ringan,
3. Rigid, dan
4. Dimensi proposional 3.2.1 Dimensi Mobil
Dimensi Mobil yang akan dibuat mock-up diharuskan mengikuti standart MOLINA. Secara umum, dimensi Mobil MOLINA dapat dilihat pada gambar 3.2 sebagai berikut:
Gambar 3.2 Dimensi mobil Molina 3.2.2 Panjang Gerak
Panjang gerakan rangka lengan CNC sumbu Z diharuskan dapat bergerak sesuai tinggi Mobil MOLINA seperti gambar 3.3 , dan dapat bergerak pada dimensi ballscrew. Dimensi ballscrew yang digunakan adalah sebagai berikut:
commit to user Panjang ballscrew 1800 mm.
Gambar 3.3 Ball screw (http://us.misumi-ec.com/vona2/detail/110300078070/) 3.2.3 Dimensi Ruangan
Pada pembuatan PC Based CNC Milling ini. Dimensi ruangan yang digunakan sebagai tempat CNC dapat dilihat pada gambar 3.4:
Gambar 3. 4 Gambar Dimensi Ruangan 3.3 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC sumbu Z
3.3.1 Data dan Spesifikasi CNC
Desain PC Based CNC ini memiliki batas-batas tertentu seperti subbab 3.2. Dan untuk spesifikasi rangka dan dimensi CNC adalah sebagai berikut:
Tabel 3.1 Dimensi CNC dan Batasan
Dimensi limits
Sumbu X 4800 mm
Sumbu Y 3000 mm
Sumbu Z 2100 mm
Ruang 5000x3500x2500 mm
Ballscrew 1800 mm
P: 5 Meter
L : 3,5 Meter T : 2,5 Meter
commit to user
3.3.2 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC Sumbu Z Tabel 3.2 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC sumbu Z
1. Desain I:
Kelebihan : a. Proses pembuatan mudah.
b. Panjang lengan 1200, sama dengan dimensi ½ bodi mobil Molina.
c. Kuat
Kekurangan: a. Kurang rigid b. Desain biasa.
Gambar 3.5 Desain I 2. Desain II:
Kelebihan: a. Proses pembuatan mudah b. Kuat
c. Rigid
Kekurangan: a. Desain biasa
b. Lengan terlalu pendek.
Gambar 3.6 Desain 2
commit to user 3. Desain III:
Kelebihan: a. Kuat b. Rigid
Kekurangan: a. Proses pembuatan agak susah b. Dimensi terlalu besar
Gambar 3.7 Desain 3
Berdasarkan tuntutan desain produk pada awal perencanaan, dan data- data dari Molina yang ada, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Desain yang digunakan adalah desain I, dengan alasan:
a. Proses pembuatan mudah.
b. Kuat
c. Panjang lengan 1200, sama dengan dimensi ½ bodi mobil Molina.
2. Desain I harus diperjelas kembali dalam pembuatan dimensi pada saat proses desain.
3.4 Pemilihan Material Rangka Lengan CNC Sumbu Z
Material yang digunakan dalam proses pembuatan Rangka lengan CNC sumbu Z ini adalah Alumunium extruder yang berbahan dasar material Alumunium Alloy 6061. Beberapa alasan kenapa memilih material ini adalah sebagai berikut:
1. Agar proses produksi mudah, karena dalam proses penyambungannya dengan menggunakan mur dan baut.
2. Agar rangka lengan CNC sumbu Z ringan tetapi kuat.
commit to user
3.5 Perhitungan Kekuatan Rangka Lengan CNC Sumbu Z
Gambar 3.8 Rangka lengan CNC sumbu Z 3.5.1 Perancangan rangka lengan CNC sumbu Z
Perhitungan kekuatan rangka ini diasumsikan menggunakan tumpuan jepit, dan mendapatkan beban merata dan beban dari motor spindle seperti gambar 3.9 berikut.
Gambar 3.9 tumpuan dan beban pada rangka sumbu z a. Analisa pada batang rangka
Gambar 3.10 Force Body Diagram P rangka = 0,0624 N/mm x 1100 mm
= 68,67 N
P motor = 1 Kg x 9.81 m/s2
commit to user = 9,81 N
Kesetimbangan Gaya luar
∑Fx = 0
RAH = 0
∑Fy = 0
RAV – (1100.0,0624) – 9,81 = 0 RAV = 78,48 N
∑MA = 0
MA – (0,5.0,0624.11002) – (1170 x 9,81) = 0 MA = 49,28 x 103 N.mm
Kesetimbangan Gaya Dalam - Potongan X-X (A-B)
Gambar 3.11 Pot. X-X NX = RAH
= 0
VX = (0,0624.X) + 9,81
MX = -9,81.X – 686,7 – (0,5.0,0624.X2) = -0,0312.X2-9,81.X-686,7 N.mm - Potongan Y-Y (B-D)
Gambar 3.12 Potongan YY
commit to user NX = RAH
= 0 VX = 9,81 MX = -9,81.X Nilai gaya dalam
Tabel 3.3. Nilai gaya dalam Pot Jarak titik Gaya
normal
Gaya
geser Momen
X-X
X = 1100 A 0 78,48 N -49229,7 N.mm
X = 0 B 0 9,81 N -686,7 N.mm
Y-Y
X = 0 D 0 9.81 N 0 N.mm
X = 60 C 0 9.81 N -588,6N.mm
X = 130 B 0 9.81 N -1275,3 N.mm
Diagram
Gambar 3.13 Diagram NFD, SFD, dan BMD
commit to user b. Tegangan pada rangka lengan CNC sumbu Z
Rangka yang dipakai berupa aluminium extruder berbahan aluminium alloy 6061 dengan dimensi 30x30mm. Dan dalam perhitungan momen inersia ini penampang yang digunakan adalah penampang total rangka.
1. Momen inersia
Gambar 3.14 Penampang rangka
Titik berat dan luasan - Penampang utuh
A1 = p x l
= 210 x 130 = 27300 mm2 Y1 =
= = 65 mm - Penampang rongga
A2 = 150 x 70 = 27300 mm2 Y2 =
= 65 mm
- Penampang komplek Ῡ =
=
= 65 mm
commit to user
Momen inersia - Penampang utuh
Izz1 = Io + Ad12 =
b1h13
+Ad12
= 210 x 1303 + 27300 (65-65)2
= 38,45 x 106 + 0 = 38,45 x 106 mm4 - Penampang rongga
Izz2 = Io + Ad22
=
b2h23
+Ad22
= 150 x 703 + 10500 (65-65)2
= 4,29 x 106 + 0 = 4,29 x 106 mm4
- Penampang komplek Izztotal = Izz1 - Izz2
= 38,45 x 106 - 4,29 x 106 = 32,17 x 106 mm2
2. Momen maksimum (Mmax) = 49229,7Nmm 3. Tegangan luluh bahan (
𝜎
y bahan) = 55, 14 N/mm24. Tegangan tarik pada rangka (
𝜎
tarikrangka) = = = 0,0995 N/mm2 5. Faktor keamanan (Sf) ==
= 554,4 Karena
