ISSN 2580-2801
JUS TEKNO
Jurnal Sains & Teknologi
RANCANG BANGUN TRAINING KIT CNC MILL 3 AXIS SEBAGAI MATERI PRAKTEK CADCAM DI STT DUTA BANGSA
Sigit Widiyanto
Program Studi Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa
ABSTRAK
Dalam industri bidang manufacture, khususnya dalam bidang pemesinan untuk tetap bersaing dengan pesaing industry maka perusahaan harus selalu meningkatkan efisiensi baik itu produktivitas maupun kualitas. Pada proses pembelajaran dibutuhkan media/alat sebagai visualisasi dalam proses transfer ilmu khususnya dalam bidang pemesinan.
Tujuan penelitian ini adalah membuat prototype CNC milling 3 Axis berukuran kecil (mini) sebagai media pengajaran, pelatihan dan penelitian. Dalam penulisan ini di ambil judul “ Rancang Bangun Prototype mesin CNC Milling 3 Axis” dengan sub judul “ Perancanagan Konstruksi Rangka pada Prototype Mesin CNC Milling 3 Axis” Sedangkan mengenai maintenance, Lubrication dimasukan ke dalama batasan masalah dimana penulis kesulitan dalam perhitungannya.
Setelah melakukan perhitungan pada linier motion guide. maka LM Guide yang digunakanType SRS 7M II Basic dynamic load rating C = 1,51 kN , Basic static load rating = 1,29 kN, dan gaya – gaya yang terjadi pada rangka hasilnya mesih dalam batasan nilai izin bahan SS41 yaitu a = 66,6 N.
Komponen electrical yang digunakan berupa Power supply, DC servo drive, motor stepper DC, Break of Board.
PENDAHULUAN Latar Belakang
Kebutuhan akan mesin perkakas CNC atau mesin dengan CNC
Kontrol sebagai media pembelajaran dan penelitian merupakan bentuk perkembangan dan perubahan teknologi harus disikapi dengan baik dikarenakan tuntutan pekerjaan dan untuk mengerjakan bentuk
geometri yang kompleks dan mengurangi waktu set up tetapi dengan biaya yang terjangkau. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut, maka perlu dikembangkan mesin CNC Milling mini 3–Axis dengan menggunakan sistem kontrol yang sederhana dimana biayanya lebih terjangkau, salah satunya adalah sistem kontrol terbuka atau Open loop control system. Tetapi sistem ini sangat mudah dipengaruhi oleh gangguan dari luar yang bersumber dari controller, driver, kelemahan dari sisi mekanis konstruksi mesin dan efek dari proses pemotongan sehingga mempengaruhi ketelitian gerakan. Ketidaktelitian gerakan dalam proses pemesinan di mesin CNC juga disebabkan oleh kombinasi berbagai sumber kesalahan (error) yang besarnya hanya dapat diketahui setelah proses permesinan dilakukan.
Oleh karena itu penulis mencoba menyajikan perancangan mesin CNC Milling 3 Axis kedalam Jurnal Perancanagn Guna menjadi bahan referensi untuk perancanagn- perancanag yang berkaitan dengan mesin perkakas.
Metode Perancanagn
Adapun penyusunan melakukan beberapa analisa yang dilakukan dengan :
Maksud dan Tujuan
Maksud dan tujuan perancanagan ini adalah untuk mengetahui bagaimana merancanag konstruksi utama dan merancanag Long Motion Guide pada mesin CNC Kit 3 Axis
Gambar 1. Alur Proses Perancangan DASAR TEORI DAN PERANCANAGAN
Konstruksi Rangka
Rangka dalam mesin ini menggunaka besi Kanal U,profil berpenampang U dan pada salah satu ujung sayapnya berbentuk bulat,di hasilkan dari proses canai panas / Hot roling mill . dengan penmpang seperti gambar di bawah, profil ini akan di fungsikan sebagai rangka utama pada Mesin CNC 3 Axis.
Untuk Mencari luas penampang pada krangka adalah. Luas penampang
A = H + 2. ( B - ) + 0,349 ( - ) = 150.5 + 2.5 ( 75 – 5 ) + 0,394 ( - )
= 1450
Long Motion Guide
Linier Motion Guide memiliki mekanisme untuk menanggung beban dan untuk memandu gerakan linear secara bersamaan.
a) Long Motion Guide Horisontal, Sumbu X & Y
Gambar 2. Long Motion Horizontal Sumbu X m.g = 49 N ; = 60 mm ; = 71 mm ; = 15 mm ; = 30 mm ;
P4 = + + = + + = 28,7 N
P4 = + – = + + = 57,4 N
m.g = 98 N ; = 60 mm ; = 71 mm ; = 15 mm ; = 30 mm Long Motion Vertikal Sumbu Y
mg = 19,6 N ; = 60 mm ; = 71 mm ; = 110 mm
Gambar 3. Long Motion Horizontal Sumbu Z
P1~P4 = = = 18 N
Kesimpulan
Dari perhitungan diatas maka Linear Motion Gude yang di gunakan adalah type SRS 7M dengan spesifikasi Basic dynamic load rating C = 1,51 KN maupun Basic static load rating = 1,29KN
Dari semua penggunaan LM Guide layak di aplikasikan pada mesin ini, dikarenakan dari perhitungan LM guide tidak ada yang melebihi batas maksimal Basic dynamic load rating maupun
Basic static load rating. Beban Total
Beban total pada LM Guide merupakan beban total pada mesin,
= + +
= 28,7 + 57,4 + 18 = 104 N
Diambil 139 N
Factor koreksi pada gaya rata rata = 1,2 sampai 2. Di ambil 1,5Safety factor pada Long Motion Guide = 1,0 sampai 1,5. Di ambil 1,5
Gaya Desain
= x( + )
= 104 x ( 1,5 + 1,5 ) = 312 N
Gambar 4. Mesin Mini CNC Milling 3 Axis.
Gambar 5. Total Beban Pada Mesin. Pengelasan Pada Rangka
Pengelasan pada rangka utama di bagi dua bidang, yaitu pada bidang vertical, dan pada bidang Horisontal. Keduanya mempunya perhitungan yang berbeda maka dari itu dalam perhitungannya di pisahkan.
Pengelasan terhadap tegangan bengkok =
=
= 0,07 N /
Pengelasan rangka terhadap tegangan geser. =
=
= 0,6 N /
Tegangan resultan pengelasan terhadap tegangan bengkok dan tegangan geser.
= =
= 0,6 N /
Dikaraenakan sisi vertikal benda tersebut ada dua sisi maka total tegangan inersia benda tersebut adalaah.
= 2 x = 2 x 0,6 N / = 1,2 N /
Tegangan izin pengelasan,
= x x
= 0,65 x 1 x x22
= Tegangan bengkok las ………..N/ M = Momen………..N.mm
= Tebal pengelasan ………..mm = Panjang pengelasan ……….mm = Tebal las efektif……….mm sl = Tegangan geser pengelasan…….N/
= Tegangan resultan …………..N/ = Tegangan izin Pengelasan…….N/
= Faktor Pengelasan Fillet = 0,65 = kualitas Pengelasaan = 1 =Tegangan Izin Material = Kesimpulan
Dari perhitungan di atas teganagan resultan pengelasan lebih kecil dar teganagan izin pengelasan dengan demikian maka pengelasan pada rangka dapat di nyatakana AMAN.
1,2 N / < 70
Pengelasan pada Bidang Horisontal
Gambar 6. Posisi pengelasan bidang horisontal =
= = 1,9 N /
Tegangan Maksimum pengelasan masih lebih kecil dibandingjan dengan tegangan izin pengelasan. Dengan demikian pengelasan pada sudut horizontal pun dapat dinyatakan aman.
Perancangan Wiring Diagram
Agar memudahkan dalam proses perakitan dan perancangan setiap komponen mesin maka di buat terlebih dahulu gambar sistem pengkawatan (Wiring Diagram).
Berikut ini gambar lengkap dari Wiring Diagram mesin milling 3 axis :
Gambar 8 Skema Wiring Diagram Mesin CNC 3-Axis
Tabel 1. : Bahan dan Alat untuk merakit mesin CNC 3-Axis N
o Nama Komponen Type Jumlah
1 Power Supply SMPS 20 ampere 12 1
2 Break Out Board BOB DB25 1
3 Driver Motor Stepper TB6600 3
4 Motor Stepper Nema23 3
5 Limit Switch Push limit switch 6
6 Push Button Emergency push button 1
7 Kabel Kabel terisolasi Secukupn
ya 8 Ground Box
9 Relay Single Pole 5V 1
10 Fuse Box 1
11 Motor Spindle AC220V, 350 watt 1
12 Voltage Regulator In 220v, out 0-260v, 1A max
1 Proses Perakitan
Langkah pertama adalah menghubungkan motor stepper dengan driver motor stepper dengan mengikuti skema berikut ini(Contoh sumbu X):
Gambar 9. : Skema koneksidriver ke motor stepper
Karena mesin CNC milling ini memiliki 3 axis maka di perlukan 3 buah rangkaian seperti di atas untuk masing-masing sumbu dan setiap sumbu tidak ada perbedaan skema rangkaian.
Untuk selanjutnya adalah menghubungkan driver motor stepper dengan
Break Out Board (BOB).Karena di mesin CNC milling memiliki 3 axis maka ada 3 driver motor stepper yang di hubungkan ke BOB sesuai dengan axis
yang akan di gerakkan. Cara menghubungkan setiap axis dengan mengikuti skema sbb :
Gambar10 : Skema koneksidriver sumbu X=Y=Z ke BOB
Setelah selesai menghubungkan setiap motor stepper ke Driver motor steper
maka di lanjutkan dengan merakit komponen limit switch ke komponen BOB, limit switch dalam mesin CNC yang penulis rakit berfungsi sebagai sakelar pengaman untuk mencegah eretan bergerak melebihi kapasitas langkah masing-masing sumbu karena kalau sampai ini terjadi akan terjadi kerusakan mekanis dari eretan atau motor stepper menjadi overload. Limit switch harus di pasang di setiap ujung eretan sehingga saat eretan bergerak melebihi batas akan membuat switch menutup (Close Condition). Yang di maksud kondisi limit switch tertutup adalah ketika terminal limit di BOB terhubung dengan ground.
BOB↔Limit Switch Sumbu X=Y=Z
Posisi penempatan limit switch dari sumbu X adalah saat dimana eretan mulai menabrak braket ulirtransportir atau mur di kedua sisi lintasan eretan X (Arah plus (+) dan minus (-). Cara penyusunan limit switch adalah dengan sistem paralel sehingga apabila salah satu switch tertekan akan mengakibatkan motor penggerak berhenti.
Berikut ini skema perakitan dari limit switch untuk sumbu X=Y=Z :
Gambar 11 : Skema koneksi limit switch sumbu X=Y=Z Langkah selanjutnya adalah memasang Emergency Stop Button, Emergency switch bekerja dengan cara memutuskan atau menghentikan setiap aktivitas gerakan mesin dengan cara memutus arus listrik. Emergency Stop adalah cara terbaik untuk menghentikan semua aktivitas mesin dengan cepat dan aman, bukan dengan memutus aliran listrik utama dari PLN karena dengan cara ini di khawatirkan masih terdapat aliran listrik yang tersimpan di dalam Capacitor yang mengakibatkan motor berhenti dengan lambat.
Emergency Stop Button di koneksikan dengan BOB dengan skema seperti di bawah ini :
Gambar 12 : Skema koneksiEmergency Button
Tombol emergency stop mempunyai mekanisme akan mengunci ketika sekali di tekan, dan akan kembali membuka ketika kepala tombol di tekan. Mungkin Mach3 tidak bisa melanjutkan proses machining ketika tombol
emergency di tekan, tapi tidak masalah karena keselamatan diri dan mesin lebih utama.
Langkah selanjutnya adalah merakit motor spindle sebagai penggerak Pisau Milling.
Sebenarnya ada beberapa pilihan kontrol motor spindle utama, ini menyesuaikan dengan jenis motor yang akan di pakai, apakah Motor Stepper
atau Motor Servo.
Untuk perancangan mesin CNC milling ini akan di gunakan motor ac dengan pengaturan putaran manual dengan mengubah voltase yang masuk ke motor. Sedangkan pengaturan On/Off di lakukan dengan M-Code.
M-Code di program G-Code.
M3 = Motor Spindle ON
M5 = Motor Spindle OFF
Gambar.13 : Skema koneksi Motor Spindle
Karena tegangan tinggi masuk ke dalam rangkaian BOB, di harapkan untuk berhati-hati dalam merakit dan menyentuh komponen saat mesin berjalan.
Proses terakhir adalah merangkai semua komponen elektrik mesin dengan
power supply, dimana sebelum menuju ke setiap komponen harus melewati
Berikut ini skema rangkaian merakit komponen dengan power supply
sesuai tegangan yang di butuhkan :
BOB menggunakan power supply tersendiri dengan output 5VDC arus 3 ampere.
Gambar 14 : Skema koneksiPower Supply ke BOB
Karena motor spindle membutuhkan tegangan AC yang bisa di atur voltase nya, maka rangkaian di buat seperti gambar di bawah :.
Gambar 15 : Skema koneksi Motor Spindle & Regulator
Untuk driver motor stepper menggunakan power supply yang sama untuk motor stepper nya.
Gambar 16 : Skema koneksi Power supply ke Motor Stepper Driver
Langkah selanjutnya adalah menghubungkan massa dari power supply
Mach3 merekomendasikan penggunaan ground box agar aliran listrik massa berpusat pada satu titik. Ground box dapat di buat menggunakan sebuah plat tembaga atau aluminium yang di buat berlubang-lubang dan setiap kabel di sekrupkan dengan erat ke plat tersebut. Apabila ada koneksi yang menggunakan kabel terlindung (Coaxial) maka konduktor untuk pelindung harus di hubungkan juga denganground box.
Perhitungan Electric
Karena mesin ini menggunakan tegangan searah (DC) dengan tegangan rendah maka di perlukan sebuah power supply untuk mengubah tegangan AC 220V menjadi DC 12V.
Agar pemakaian power supply menjadi efisien maka spesifikasi dari power supply harus tepat. Mengacu dari spesifikasi masing-masing komponen. Di bawah ini adalah perhitungan kebutuhan total arus maksimal mesin :
Tabel 2 : Total Kebutuhan Arus Listrik Komponen N
o Komponen Voltase Arus(A) Qty Total arus
1 BOB 5 0.7 1 0.7
2 DriverStepper Motor 12 0.007 3 0.021
3 Motor Stepper 12 3 3 9
4 Motor Spindle 220 1.59 1 1.59
Total 11.311 PENUTUP DAN KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat di ambil dari Rancang bangun meini CNC Milling 3 axis ( perancangan rangka Utama ) ini adalah.
Mesin ini nantinya akan di gunakan sebagai prototype pembelajaran cara kerja, pemograman mesin CNC Milling 3 Axis
Struktur rangka pada mesin Mini CNC 3 Axsis berdasarkan desain dan perancangan dinyatakan aman dan kuat, karena semua tegangan yang terjadi pada semua komponen tersebut di bawah dari tegangan izin matrial, yaitu:
< = Aman
.5 N < 66,6 N = Aman
Long Motion Guide yang di gunakan pada mesini Mini CNC Milling 3 Axis ini adalah Jenis RSR7WV
Dari semua penggunaan LM Guide layak di aplikasikan pada mesin ini, dikarenakan dari perhitungan LM guide tidak ada yang melebihi batas maksimal Basic dynamic load rating C = 1,51 kN maupun Basic static load rating = 1,29 kN, Aman.
Pengalasan pada struktur utama dinyatakan aman dikrenakan teganagan maksimal pengelasan dari bidang vertical maupun horisontallebih kecil dari tegangan izin pengelasan.
1.2 N/ < 70 N = Aman. Pengelasan bidang Horisontal
1,9 N / << 70 N = Aman. 1,9N / < 70 N = Aman.
Daftara Pustaka
1. Kurmi dan Gupta. 2005 . Machine Design .New Deldi : Eurasia Publishing House .
2. Jhon H. Jacson dan Harold G. wirte 1983 Streng of Matrial. New York : Mc Graw Hill.
3. Alien S. Hall,Alfred R. Hollowenko, dan Herman G. Laughlin . Machine Design.Singapore: Mc Graw Hill.
4. Kazimi, dan Jindal. 1981 . Design of Steel Struktures . New delhi : Prinicel Hall.
5. Neman G. 1978. Machine Element. New york .
6. 2015. General catalogue. – General – Catalogue.co.ltd . di akses 25 Maret 2015.
7. 2015. Linear Motion Gude. LinearMotionGude – catalogue .co.ltd diakses 15 April 2015.
8. Sigit Widiyanto. Skripsi Universitas Negeri Jakarta.
9. Bahan ajar Sekolah Tinggi Teknologi Duta Bangsa. Modul Matrial Teknik.
