RANCANG BANGUN SIMULATOR CNC MULTIAXIS DENGAN MOTOR STEPPER AC

(1)

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN SIMULATOR

CNC MULTIAXIS DENGAN

MOTOR STEPPER AC

TENANG DWI WIBOWO 2110 030 041

Dosen Pembimbing: Ir. Winarto, DEA

Program Studi D3 Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013

(2)

Latar Belakang

 Kebutuhan dunia industri berupa alat yang mampu

produksi yang efektif dan efisien.

 Mesin frais CNC salah satu alat yang mampu

melakukan

banyak

gerakan

dibanding

mesin

perkakas yang lain.

 Sebagai pembelajaran mengenai CNC.

 Mesin simulasi yang portable

(3)

Rumusan Masalah

 Bagaimana merancang dan membangun mekanik

simulator CNC multiaxis dengan motor stepper AC

sesuai dengan kabin pesawat terbang yaitu 500 x

400 x 230 mm.

 Bagaimana model dan wiring dari simulator CNC

multiaxis dengan motor stepper AC

 Bagaimana sistem gerak yang bisa dilakukan oleh

simulator CNC multiaxis dengan motor stepper.

(4)

Batasan Masalah

 Penggunaan motor stepper dengan sudut gerak

minimum 1,8°/pulsa

 Dimensi alat sesuai dengan koper kabin pesawat yaitu

520 x 360 x 230 mm

 Menggunakan plotter sebagai simulasi dari gerakan

 Bahan

struktur

mekanik

dari

aluminium

dengan

ketebalan 4 mm

 Motor tidak menggunkan encoder sebagai feedback

 Gerakan axis hanya dengan mode JOG yaitu x, y, dan z

 Gerakan aktuator motor berupa perintah pulse signal

input

 Batasan gerakan sumbu x sejauh 200 mm

 Batasan gerakan sumbu y sejauh 250 mm

 Batasan Grakan sumbu z sejauh 70 mm

(5)

Tujuan

 Mengetahui rancangan mekanik simulator CNC

multiaxis dengan motor stepper sesuai dimensi

kabin pesawat.

 Mengetahui model dan wiring yang tepat untuk

simulator CNC multiaxis dengan motor stepper.

(6)

Manfaat

 Tugas akhir ini nantinya akan digunakan sebagai

bahan ajar dalam lembaga formal.

 Sebagai penunjang penelitian berikutnya khususnya

dibidang CNC

 Memberikan gambaran sistem kerja gerakan CNC 3

axis dengan motor stepper.

(7)

Motor Stepper

Motor stepper

Motor stepper tipe hibrid

Lilitan bipolar diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. P

(8)

Persyaratan Desain

Gerakan dari masing-masing sumbu dapat dikendalikan

secara linier sumbu yaitu sumbu +x, -x, +y, -y, +z, -z

(9)

Diagram Alir Tugas Akhir

Mulai

Studi Literatur

Definisi masalah

Konsep dan Desain Mekanik dan Elektrik

Pembuatan Alat

Pengujian

Analisa dan Hasil

Selesai Mulai Definisi Masalah Bagian Mekanik/ Elektrik Desain Part Desain Aktuator Desain Assembly Desain Program Simulasi Gambar 2D Selesai mekanik elektrik

(10)

Blok diagram komponen

Travo 2A

(11)

Komponen Elektronik

• Mikrokontroller Atmega16 sebagai

chip penyimpan program

 Resistor 4k7 sebagai pull up reset  Kapasitor 100µf

 Kapasitor 470µf  Kapasitor 22pf  Osilator eksternal Power Supply dengan input tegangan

220V arus AC dari listrik PLN mampu mensupply daya output yaitu 12V DC dengan arus 2A

(12)

Komponen Elektronik (lanjutan)

- Gerakan sudut 1,8o_/pulsa

- Arus 1A per phase

- 2 phase, tegangan 2,7 VDC, - Resistance 2,7 ohm/phase, - Inductance 4,3 mH/phase - Torsi 1400 gcm

power input type 12V~36VDC AC power input 23V~24V

Arus 0,3A – 2.0A

-Microstepping 1,8o_/pulsa

Dimensi 96mm x 60mm x 24,5mm berat <200g

(13)

-Komponen elektronik (lanjutan)

• Tegangan input primer: 110V / 220V / 240V

@ AC 50Hz.

• Tegangan output sekunder: 6V / 9V / 12V /

15V/ 18V / 20V.

(14)

Permodelan Struktur Mekanik Menggunakan

Software CAD

10. Flang motor sumbu x 11. Flang motor sumbu y 12. Rumah elektrik/ control 13. Penopang sumbu y 14. Bush luncur sumbu x 15. Meja simulator

1. Poros luncur sumbu x 2. Ulir penggerak sumbu x

3. Pemegang ploter atau spindle 4. Poros luncur sumbu z

5. Ulir penggerak sumbu z 6. Flang motor sumbu z 7. Back simulator

8. Poros luncur sumbu y 9. Ulir penggerak sumbu y

(15)

Pembuatan Simulator CNC Multiaxis

Flang motor stepper

Ulir penggerak

(16)

Pembuatan Simulator CNC (lanjutan)

Mekanik sumbu Z

Komponen mekanik siap assembly

(17)

Struktur mekanik Simulator CNC

Proses perakitan komponen mekanik stelah di cat

(18)

Analisa Perhitungan

Perencanaan Ulir penggerak Sumbu X  Pemilihan diameter luar ulir

penggerak

 Torsi yang dibutuhkan untuk menggerakkan ulir penggerak  Perhitungan tegangan bending  Perhitungan tegangan geser

 Perhitungan tegangan tarik pada daerah kaki ulir

(19)

Analisa Perhitungan (lanjutan)

Perencanaan Ulir penggerak Sumbu Y  Pemilihan diameter luar ulir penggerak  Torsi yang dibutuhkan untuk

menggerakan ulir penggerak  Perhitungan tegangan bending  Perhitungan tegangan geser

(20)

Analisa Perhitungan (lanjutan)

Perencanaan Ulir penggerak Sumbu Z  Pemilihan diameter luar ulir penggerak  Torsi yang dibutuhkan untuk

menggerakan ulir penggerak  Perhitungan tegangan bending  Perhitungan tegangan geser

(21)

Analisa Perhitungan (lanjutan)

Perencanaan Motor Stepper masing-masing sumbu x, y,dan z  Perencanaan Torsi yang dibutuhkan

 Perencanaan Daya yang dibutuhkan

Motor x Motor y

(22)

Rangakaian Elektrik

(23)

Rangakaian Elektrik (lanjutan)

Rangkaian Antar Hardware Elektrik

(24)

Microstepping

(kiri) pemilihan jumlah langkah/putaran microstepping yaitu 200 pulsa/putaran (tengah) pemilihan arus

yang digunakan yaitu 1 A

(kanan) pemilihan full step

(25)

(26)

Eksperimen dan Analisa

No Koefisien Nilai Satuan

1 Massa total 8 kg

2 Sumbu x 270 mm

3 Sumbu y 280 mm

4 Sumbu z 70 mm

1 Detent Torsi 0,06 N.M

2 Hold Torsi 0,14 N.m

3 Langkah 1,8 o/pulsa

Data Pendukung

Data Aktual Mekanik Simulator CNC

(27)

Data Pendukung (lanjutan)

1 Microstepping 1,8 o_/pulsa

2 Arus 1 Ampere (A)

1 Kecepatan maksimum 285,9 Rpm 2 Kecepatan minimum 14,5 Rpm

Data motor driver

(28)

Pengujian Pemberian Pulsa

Diketahui 200 pulsa menghasilkan ¾ putaran maka dapat diketahui panjang langkah jika pengujian dilakukan dengan masukan pulsa yang berbeda. Dengan pitch ulir penggerak 1,75 mm.

• Pemberian 500 pulsa

Sehingga didapat panjang aktual gerak sumbu yaitu:

Jadi, dari pemberian 500 pulsa menghasilkan panjang langkah sejauh 3,28 mm.

(29)

Sistem Gerak Sumbu X

No Pengujian Waktu (detik)

1 Pengujian 1 11,85

2 Pengujian 2 12,11

3 Pengujian 3 12,42

Waktu rata-rata 12,12

Data Pengujian Gerak Sumbu x+

1 Pengujian 1 12,02

2 Pengujian 2 12,04

3 Pengujian 3 13,73

(30)

x-Analisa Pengujian Sumbu X

Pengujian kecepatan gerak sumbu

Kecepatan gerak seharusnya Putaran dikali pitch

Kecepatan gerak saat pengujian jarak tempuh dibagi

waktu tempuh rata-rata

(31)

Analisa Pengujian Sumbu X (lanjutan)

Pengujian Gerak Sumbu

Membuat Garis Lurus

(32)

Sistem Gerak Sumbu Y

1 Pengujian 1 12,67

2 Pengujian 2 14,16

3 Pengujian 3 12,20

1 Pengujian 1 13,57

2 Pengujian 2 12,34

3 Pengujian 3 12,44

Data Pengujian Gerak Sumbu y+

(33)

y-Analisa Pengujian Sumbu Y

Selisih kecepetan

(34)

Analisa Pengujian Sumbu Y (lanjutan)

Pengujian Gerak Sumbu

Membuat Garis Lurus

(35)

Sistem Gerak Sumbu Z

1 Pengujian 1 4,03

2 Pengujian 2 3,62

3 Pengujian 3 3,26

1 Pengujian 1 5,03

2 Pengujian 2 4,23

3 Pengujian 3 3,54

Data Pengujian Gerak Sumbu z+

(36)

z-Analisa Pengujian Sumbu Z

Selisih kecepetan Pengujian kecepatan gerak sumbu

(37)

Kesimpulan

 Simulator Multiaxis CNC terbentuk dengan dimensi 300 mm x

400mm x 280mm (kondisi ready) dan berdimensi 300mm x 400mm x 230mm (kondisi packing).

 Struktur mekanik terbuat dari bahan alumunium 6061-T6 dengan

masa jenis 27 kg/m3_{, kekuatan yield 241 Mpa. dan mampu}

menerima pembebanan maksimal yaitu 4,9 N yaitu pada sumbu x dan memiliki koefisien gesek maksimal 0,61.

 Daya motor direncanakan 9,6 Watt dengan torsi 0,305 N.m

 Dalam eksperimen yang dilakukan yaitu dengan Mode JOG, gerak masing-masing sumbu x,y, dan z telah sesuai dengan motion mesin frais CNC.

(38)

Kesimpulan (lanjutan)

 Ekperimen sistem gerak sumbu x,y, dan z berturut-turut memiliki waktu tempuh maksimum rata-rata adalah 12,59 detik menempuh jarak 100 mm, 13,01 detik menempuh jarak 100 mm, 4,23 detik menempuh jarak 30 mm.

 Selisih ketidakakuratan waktu tempuh gerak sumbu x, y dan z

masing-masing adalah 0,4 mm/detik, 0,52 mm/detik, dan 1,3 detik.

 Motor stepper 1,8o_{/pulsa, microstepping 1,8}o _{1A. Dengan error}

motor stepper yaitu 200 pulsa ¾ putaran tanpa pembebanan