viii
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.
ix
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.
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
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
IIALA]V{AN PERSETUruAN
TUGAS
AKHIR
PERANCAT{GA}I
MESTN
BOR
OTOMATIS
BERBASIS
KOMPUTER
Ketua
Sekretaris
Anggota
HALAMAN
PENGESAHAN
TIJGAS
AKHIR
PERANCANGAN MESIN
BOR
OTOMATIS
BERBASIS
KOMPUTER
disusw oleh :
PAUL SUGIRI
NIM : 125114052,
Telah dipenahanJ<an didepan Panitia Penguji Pada tanggal : 25 September 2015
Dan dinyatakan meme[uhi syarat
Susunan Panitia Penguji
Nama Lengkap
;
Ir. 'Ijendro, M.kom:
Martanto, S.T., M.T.Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T.
Yogyakarta,
16
2ktoht aotl
Sains dan Teknologi
PERNYATAAN
KEASLIAN
KARYA
"
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir yang saya tulis initidak memuat karya atau bagian karya orang lain,
kecuali yang telah disebutkan dalam kutipao dan daftar pustaka,
sebagaimana layaknya karya ilrniah."
Yogyakaxta 16 Oktober 2015
vi
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
LEMBAR PERNYATAAN
PERSETUJUAN
PUBLIKASI
KARYA
ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertandatangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Narna
: Paul SugmNn{
:125114052Demi
pengembanganilmu
pengetahuan, saya memberikan kepada PerpustakaanUniversilas 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\
viii
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.
ix
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.
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 yangtelah 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.
Ketua Prograrn Studi Teknik Elektro Universitas Sanala Dharma Yogyakada.3.
Martanto,S.T.,M.T., selaku dosen pembimbing yang selalu memberi masukkan dandukungan selama menyelesaikan tulisan ini.
4.
Seluruh dosen teknik elektro yang telah membagi ilmunya kepada penulis selamakuliah.
Ibu tercinta. atas perhatian , kasih sayang, dukungan dan doa yang tiada henti. 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
auir
ini.8.
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 darisempuma, oleh karena itu ;egala l(Iitik dan sara-n yang membangun untuk perbaikan tugas akhir
ini
sangat diharapkan.Aklft
kata, semoga tugas akhirini
dapal bermanfaat bagi semua pihak. Terima kasih.5.
6.
Yogyakarta, 16 Oktober 2015
xi
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 IPENDAHULUAN ... 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 IITINJAUANPUSTAKA ... 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
xii
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 IIIPERANCANGAN ... 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 IVHASIL 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
xiii
4.4. Pembahasan Software ... 62
4.5. Contoh Program ... 63
BAB VPENUTUP ... 64
5.1. Kesimpulan ... 66
5.2. Saran ... 66
DAFTARPUSTAKA ... 68
xiv
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 ParallelPort ... 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
xv
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
xvi
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
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
1
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
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
g. 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 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
spesifikasi-spesifikasi 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
5
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
dengan resistensi tertentu. Resistor menurunkan sejumlah tertentu tegangan, dengan mengubah sejumlah tegangan menjadi panas. Ada beberapa jenis resistor untuk masing-masing 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 Kode warna 4
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
Emas Toleransi 5%
Perak Toleransi 10%
Kosong Toleransi 20%
Penempatan kode warna pada resistor ditunjukkan pada gambar 2.1.
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 resistoradalah 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
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.
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.
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.
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
[image:30.595.96.507.249.616.2]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.
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
[image:31.595.86.524.196.674.2]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.
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 :
[image:32.595.84.498.398.743.2]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
[image:33.595.84.526.322.562.2]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
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 Pin ini akan mengeluarkan logika tinggi jika motor stepper sudah
kembali ke posisi awalnya.
A Sinyal pengendali fase motor A.
INH1 Kontrol inhibit bersifat aktif rendah untuk fase motor A dan B.
B Sinyal pengendali fase motor B.
C Sinyal pengendali fase motor C.
INH2 Kontrol inhibit bersifat aktif rendah untuk fase motor C dan D.
D Sinyal pengendali fase motor D.
ENABLE Jika pin ini mendapat logika rendah, maka INH1, INH2, A, B, C, dan D
juga akan rendah.
CONTROL Kontrol masukkan yang menentukan aksi dari pemotong.
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.
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.
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.
Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah 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
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]
Phase
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8A
•
•
• •
• •
B
•
• •
• • •
C
•
• •
• • •
D
•
• •
• • •
Wave Drive
Normal
Half Step Drive
Full Step
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 :
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
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
Level inisial kembali setelah siklus
G99
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
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
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
25
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 3.2. Diagram Alir Proses Kerja
Pada gambar 3.2 ditunjukkan alur proses untuk pembuatan benda dengan mesin bor
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 kerasmekanik 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.
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
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
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
Maka,
VRESISTOR = I x RD
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
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
resistorRL yang mengacu dari persamaan (2.1) adalah sebagai berikut :
Tegangan masukkan Vcc = 5 Volt
Arus Ic = 7 mA
RL =Vcc/Ic
= 5V / 7mA
= 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.
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
Maka;
RB =V/IB
= 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
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.
(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
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
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
[image:55.595.109.516.309.741.2]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
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
[image:56.595.96.515.81.699.2]indikator.
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
[image:57.595.88.513.357.681.2]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
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 ters
![Gambar 2.6. Tampilan Mach3 [5]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/834149.606831/30.595.96.507.249.616/gambar-tampilan-mach.webp)
![Gambar 2.7. Jalur Parallel Port [7]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/834149.606831/31.595.86.524.196.674/gambar-jalur-parallel-port.webp)
![Gambar 2.8. Rangkaian Optocoupler [9]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/834149.606831/32.595.84.498.398.743/gambar-rangkaian-optocoupler.webp)
![Gambar 2.10. Konfigurasi Pin IC L297 [10]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/834149.606831/34.595.97.516.86.730/gambar-konfigurasi-pin-ic-l.webp)
