commit to user
PENGEMBANGAN MODEL MATEMATIS ESTIMASI WAKTU POTONG (CUTTING TIME) CNC MILLING BERBASIS FEATURE
S K R I P S I
Oleh :
TITIS SETYAWAN K 25 06 006
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2010
commit to user
iiPENGEMBANGAN MODEL MATEMATIS ESTIMASI WAKTU POTONG (CUTTING TIME) CNC MILLING BERBASIS FEATURE
Oleh :
TITIS SETYAWAN K 25 06 006
Skripsi
Ditulis dan diajukan untuk memenuhi syarat mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan
Program Pendidikan Teknik Mesin Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA 2010
commit to user
iiiPERSETUJUAN
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta. Persetujuan Pembimbing Pembimbing I Drs. Suhardi HW, M.T NIP.19460604 197501 1 001 Pembimbing II Yuyun Estriyanto ST., MT. NIP. 19780113 200212 2 006
commit to user
ivSURAT PERNYATAAN
Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam penulisan skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan menurut sepengetahuan penulis juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara tertulis mengacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta,13 April 2010 Penulis,
TITIS SETYAWAN K 25 06 006
commit to user
vPENGESAHAN
Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.
Pada hari :
Tanggal : 13 April 2010
Tim Penguji Skripsi :
Nama Terang Tanda Tangan
Ketua : Drs.C.Sudibyo, M.T ...
Sekretaris : Danar Susilo Wijayanto ST.,M.Eng ... Anggota I : Drs. Suhardi M.T ...
Anggota II : Yuyun Estriyanto ST.,M.T ...
Disahkan oleh
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta Dekan,
Prof. Dr. M. Furqon. Hidayatullah, M. Pd NIP. 19600727 198702 1 001
commit to user
vi ABSTRAKTitis Setyawan. PENGEMBANGAN MODEL MATEMATIS ESTIMASI WAKTU POTONG (Cutting Time) CNC MILLING BERBASIS FEATURE. Skripsi, Surakarta: Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan. Universitas Sebelas Maret Surakarta, April 2010.
Tujuan penelitian ini adalah untuk: (1) Menemukan estimasi waktu potong (cutting time) yang akurat berdasarkan informasi geometris feature. (2) Membandingkan hasil estimasi dengan waktu pemesinan aktual.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium CNC Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS dengan menggunakan mesin CNC Milling type ZK 7040 dengan control SIEMENS SINUMERIK 802S. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Produk yang digunakan sebagai objek pembanding merupakan feature (slot, hole, dan pocket). Sampel diambil secara purposive sampling berdasarkan variasi ukuran geometri feature (slot, hole, dan pocket) atau dengan cara memilih parameter pemotongan yang berkaitan dengan estimasi waktu pemotongan sebuah feature. Teknik analis data pada penelitian ini menggunakan t-test paired comparison: two-sample assuming unequal variances dua arah.
Hasil penelitian ini adalah: (1) Pendekatan lintasan potong digunakan untuk mengestimasi waktu potong. Dibantu dengan software AutoCAD, lintasan potong atau cross feed akan semakin berkurang dibuat dengan membuat lintasan potong berdasarkan titik – titik yang berada dalam posisi terukur/terurut berdasarkan kedekatannya untuk menentukan peletakan titik pusat cutter/alat potong yang dilalui alat potong, sehingga didapatkan lebar alur potong dan luas bidang potong yang besar. (2) Dari hasil perhitungan dengan t-Test pairwise comparison: Two-Sample Assuming Unequal Variances dua arah memperlihatkan bahwa H0 diterima, jika -2,576 < t’ < 2,576, dan t’ = -0,085. Jadi, tidak ada
perbedaan yang signifikan antara waktu potong aktual dan hasil estimasi, sehingga formulasi matematis estimasi waktu potong (cutting time) pemesinan milling dapat digunakan. (3) Rata-rata Percentase Error (PE) sebesar 2,14 %, menunjukan
commit to user
viipersentasi rata-rata kesalahan hasil estimasi waktu potong pengembangan model matematis terhadap waktu aktual pemesinan yang dilakukan sebesar 2,14 %.
Setelah dilakukan penelitian ini dalam implementasi riil proses milling, alat potong akan bekerja jauh lebih efisien jika titik – titik yang akan dipotong berada dalam posisi terukur/terurut berdasarkan kedekatannya. Dalam penelitian ini pendekatan pembuatan lintasan alat potong digunakan sebagai dasar menentukan titik peletakan pusat cutter/alat potong untuk mendapatkan lebar alur potong dan luas bidang potong yang besar. Pendekatan lintasan potong untuk mengestimasi waktu potong terbukti efektif.
commit to user
viii MOTTOHai manusia, sesungguhnya hanya janji Allah adalah benar, maka sekali-kali janganlah kehidupan dunia memperdayakan kamu dan sesekali-kali-sekali-kali janganlah syaiton yang pandai menipu, memperdayakan kamu tentang Allah. (QS. Fathir :2)
(Ingatlah) ketika kamu memohon pertolongan kepada Rabb-mu, lalu diperkenankannya bagimu. (QS. Al-Anfal :9)
Dan, Dia telah mengajarkan kepadamu apa yang belum kamu ketahui. Dan adalah karunia Allah itu sangat besar. (QS An-Nisa : 113)
Kalau semua yang kita ingini harus kita miliki darimana kita belajar keikhlasan. Kalau semua yang kita mau harus terpenuhi darimana kita belajar kesabaran. Kalau do’a kita dikabulkan dengan cepat darimana kita memaksimalkan kemampuan yang diberikan pada kita. Kalau kehidupan kita selalu bahagia dari mana kita mengenal Allah lebih dekat. (Arief Ramadhan)
Manusia dinilai berdasarkan kadar lelahnya dan biarkan kelelahan lelah mengikuti kita. No pain, No again. (Wahyu AR)
Baik belum tentu benar, benar belum tentu baik. Baik dalam hal yang benar, itu akan lebih baik dan benar. (M. Wicaksana)
commit to user
ixPERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan kepada : Allah SWT, yang selalu melimpahkan kemudahan dan kelancaran Ibu dan Bapak Teman- teman PTM 2006 Kakak dan Adekku Almamaterku tercinta
commit to user
xKATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena atas rahmat-Nya, skripsi ini akhirnya dapat diselesaikan, untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini menghadapi hambatan dan kesulitan. Namun dengan bantuan berbagai pihak, hambatan dan kesulitan tersebut dapat teratasi. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang dengan sepenuh hati memberi bantuan, dorongan, motivasi, bimbingan, dan pengarahan, sehingga penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :
1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UNS beserta seluruh stafnya. 2. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FKIP UNS
3. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS.
4. Bapak Drs. Suhardi, MT selaku Pembimbing Akademik, Koordinator Skripsi Bidang Teknik (Produksi) dan Pembimbing I.
5. Bapak Yuyun Estriyanto, ST., MT selaku Pembimbing II.
6. Ibu Indah Widiastuti ST., M.Eng atas semua ilmu dan bimbingannya. 7. Segenap dosen Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS. 8. Kepada seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat penulis sebutkan
satu per satu. Terima kasih atas dukungan dan kerjasamanya.
Menyadari bahwa terbatasnya ilmu pengetahuan yang dimiliki menyebabkan kurang sempurnanya penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu, diharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca demi kesempurnaan skripsi ini. Harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat.
Surakarta, 13 April 2010
commit to user
xi DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... HALAMAN PENGAJUAN... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN SURAT PERNYATAAN... HALAMAN PENGESAHAN... HALAMAN ABSTRAK... HALAMAN MOTTO... HALAMAN PERSEMBAHAN... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... NOMENKLATUR... i ii iii iv v vi viii ix x xi xiii xiv xv xi BAB I. PENDAHULUANA. Latar Belakang Masalah ... 1
B. Identifikasi Masalah ... 3
C. Batasan Masalah ... 3
D. Perumusan Masalah ... 4
E. Tujuan Penelitian ... 4
F. Manfaat Penelitian ... 4
BAB II. LANDASAN TEORI A. Tinjauan Pustaka ... 6
1. Konsep Dasar Pembentukan Model ... 7
2. Pemakanan Dan Kecepatan Pemakanan ... 8
3. Kecepatan Potong ... 8
4. Metal Removal Rate ... 8
commit to user
xii6. Umur Pahat (Tool Life) ... 10
7. Kebutuhan Tenaga ... 11
8. Deep Of Cutting (DOC)... 12
9. Konsep Desain Berbasis Feature ... 14
B. Kerangka Pemikiran ... 16
C. Hipotesis Penelitian ... 17
BAB III. METODE PENELITIAN A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 18
B. Metode Penelitian ... 19
C. Populasi dan Sampel... 20
D. Teknik Pengumpulan Data ... 20
E. Teknik Analisis Data ... 23
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Analisis Feature ... 26
B. Formulasi Matematis Waktu Potong ... 30
C. Hasil Pengujian Waktu Potong ... 33
D. Uji Prasyarat Analisis ... 34
E. Pengujian Hipotesis ... 35
F. Pembahasan Hasil Analisis Data ... 36
BAB V. SIMPULAN, IMPLIKASI, DAN SARAN A. Simpulan ... 40
B. Implikasi ... 42
C. Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44
commit to user
xiiiDAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1. Nilai K dan α pada Persamaan Umur Pahat ... 11
Tabel 2. Ringkasan Penelitian Estimasi Waktu Proses Pemesinan ... 15
Tabel 3. Pengumpulan Data ... 23
Tabel 4. Lintasan Potong Tiap Feature ... 26
Tabel 5. Data Hasil Pengujian Waktu Potong Hasil Estimasi dan Aktual 28 Tabel 6. Hasil Perhitungan dengan Metode Lilliefors. ... 34
Tabel 7. Hasil Perhitungan Uji - t ... 35
Tabel 8. Percentage Error (PE). ... 38
Tabel 9. Formulasi Matematis Waktu Potong dengan Pendekatan Panjang Lintasan Potong ( tiap Feature ... 40
commit to user
xivDAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Proses Pemakanan Benda Kerja dengan Milling ... 9
Gambar 2. Kedalaman Potong Axial ... 12
Gambar 3. Kedalaman Potong Radial ... 13
Gambar 4. Bahan Uji Awal ... 21
Gambar 5. Bagan Aliran Proses Eksperimen ... 22
commit to user
xvDAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Hasil Pengujian Waktu Potong Estimasi Dan Waktu Potong ... 46
Lampiran 2.a Uji Normalitas Waktu Potong Hasil Estimasi ... 48
Lampiran 2.b Uji Normalitas Waktu Potong Aktual ... 50
Lampiran 3. T-Test Pairwise Comparison ... 52
Lampiran 4. NC Program ... 58
Lampiran 5. Perhitungan Estimasi Waktu Potong ... 59
Lampiran 6. Surat Permohonan Ijin Menyusun Skripsi ... 64
Lampiran 7. Surat Keputusan Dekan FKIP UNS ... 65
Lampiran 8. Surat Permohonan Ijin Research/Try Out ... 66
Lampiran 9. Surat Ijin Research di lab. CNC ... 67
Lampiran 10.Surat Keterangan ... 68
Lampiran 11.Tabel Distribusi Normal Baku ... 69
Lampiran 12 .Tabel Nilai Uji t ... 70
Lampiran 13 .Tabel Nilai Kritis L Untuk Uji Lilliefors ... 71
Lampiran 14. Presensi Seminar Proposal Skripsi ... 72
commit to user
xvi NOMENKLATURSimbol Arti Satuan
a Kedalaman pemakanan (DOC) [mm]
C Konstanta [-]
Dc Diameter pahat (cutter) [mm]
Dd Diameter lubang bor [mm]
Dh Diameter lubang (hole) [mm]
h Tinggi pemotongan [mm]
i Jarak pass [mm]
L Panjang [mm]
Lw Panjang lintasan [mm]
MRR Metal Removal Rate [mm3/mnt]
mh Jumlah pass hole [-]
n Jumlah pass [-]
np Jumlah pass milling [-]
nt Putaran spindel [rpm]
p Banyaknya perpindahan [-]
Pc Power/kebutuhan tenaga [hp]
tc Waktu potong [menit]
Tc Waktu pemotongan [menit]
ui Bilangan asli [-]
Vr Referensi kecepatan potong untuk umur pahat [-]
Vf Kecepatan pemakanan (feedrate) [mm/mnt]
w Lebar pemotongan benda kerja/pemakanan [mm]
W Lebar [mm]
z Jumlah gigi pahat [-]
α Bilangan konstan [-]
ࣅ lebar pemotongan efektif/diameter pahat ≤1.0 [‐]
h
∆ Tinggi material yang dipotong [mm]
L
∆ kelonggaran tinggi atau over travel [mm]
W
commit to user
1BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Berbagai konsep sistem manufaktur banyak dikembangkan seiring pergeseran paradigma persaingan pada dunia manufaktur sekarang ini. Salah satu hal yang mewarnai pergeseran paradigma ini adalah semakin menurunnya volume produk yang dibuat dan semakin tinggi variasi produk yang dibuat, yang ditandai dengan dikembangkannya berbagai konsep sistem manufaktur berdasarkan pesanan (Make-to-Order / Engineer-to Order).
Aktivitas pada suatu perusahaan berdasarkan pesanan, terdiri dari tiga tahap, yaitu : pencarian order (order capture), perencanaan order (order planning), dan pelaksanaan order (order execution) (Veeramani dan Joshi, 1997). Pencarian order berkaitan dengan aktivitas proses tawar menawar order dengan konsumen. Perencanaan order berkaitan dengan perencanaan proses manufaktur, perencanaan produksi, dan akusisi material yang dilakukan setelah sebuah order diterima dan sebelum dilakukannya pengerjaan order tersebut. Pelaksanaan order berkaitan dengan aktivitas di lantai produksi yang berkaitan dengan penyelesaian order. Untuk dapat menjadi tangkas, maka ketiga tahap ini harus diintegrasikan sehingga dapat merespon keinginan konsumen.
Pertanyaan mendasar yang sering ditanyakan oleh customer adalah berapa lama order dapat diselesaikan. Untuk itu estimasi waktu pengerjaan produk pada tahap awal perencanaan order sangatlah penting, juga untuk dapat mengestimasi biaya produksi.
Estimasi waktu pemesinan merupakan aktivitas kritis yang memberikan informasi penting dalam pengembangan suatu produk. Kemampuan perusahaan untuk dapat secara akurat mengestimasi waktu proses produksi akan memudahkan aktivitas perencanaan produksi dan estimasi biaya. Waktu pengerjaan suatu jenis produk sudah harus dapat diestimasi sebelum proses produksi berlangsung yaitu dalam tahap perencanaan order, antara lain mendesain produk dan merencanakan
commit to user
2
proses. Kedua aktivitas ini dapat digolongkan dalam aktivitas perancangan dan persiapan. Menurut Wiendahl & Scholtissek, kedua aktivitas ini merupakan rangkaian aktivitas yang mengkonsumsi hampir sekitar 60% dari keseluruhan waktu (Toha dan Miranti., 1997). Banyak juga penulis menyatakan bahwa 70-80% biaya akhir produk ditentukan pada tahap awal pengembangan produk (Duverli dalam Ben-Arieh et al, 2003; Roy, 2003 dan French dalam Caputo et al, 2008). Optimasi biaya akan didapatkan jika rencana proses yang dibuat sebelum produksi berlangsung menghasilkan parameter pemesinan yang efektif dan efisien. Perubahan rencana proses pada tahap produksi biasanya dianggap terlambat untuk mampu menurunkan biaya produksi (Jung, 2002).
Dalam pengembangan sebuah desain komponen, waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan suatu produksi merupakan masalah yang sangat sering dipertimbangkan dalam industri dan selalu dicari upaya-upaya untuk mengoptimalkannya. Pengembangan model matematis sangat diperlukan untuk mendapatkan kisaran waktu pemotongan sebuah feature yang paling mendekati waktu aktual suatu pemotongan. Didapatkannya kisaran waktu yang akurat digunakan untuk mengatur penjadwalan pengerjaan komponen berbasis feature, sehingga estimasi waktu produksi suatu komponen dapat diprediksi secara akurat, serta meminimalisasi terjadinya kesalahan penjadwalan produksi dan kesalahan estimasi harga produk. Pengoptimalan ini dilakukan mengingat bahwa waktu (lamanya) menyelesaikan suatu produk adalah berpengaruh besar terhadap biaya produksi.
Penelitian ini diarahkan pada pengembangan model estimasi waktu potong (cutting time) berdasarkan feature produk dan parameter pemesinan yang dipilih. Dari estimasi waktu potong sejumlah feature yang terdapat dalam suatu komponen, dapat diperkirakan lama waktu pengerjaan total komponen tersebut, yang dapat dijadikan masukan bagi perkiraan waktu produksi untuk menentukan perkiraan saat-selesainya pesanan. Pada model matematika replika/tiruan dilaksanakan dengan mendiskripsikan fenomena/peristiwa alam dengan tergantung dari ketepatan formulasi persamaan matematis dalam mendiskripsikan fenomena/peristiwa alam yang ditirukan.
commit to user
3
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah di atas dapat diidentifikasikan permasalahan yang dihadapi untuk meningkatkan ketelitian estimasi waktu produksi dan optimasi estimasi biaya produksi sebelum proses produksi dalam tahap pengembangan variasi sebuah komponen perlu diadakan :
1. Pengembangan hubungan matematis yang akurat antara geometri feature dengan waktu potong (cutting time) pada tiap jenis feature pada produk pemesinan.
2. Pengembangan suatu model matematis estimasi waktu pemesinan CNC milling berbasis feature.
3. Pengembangan suatu model estimasi waktu pemesinan suatu jenis produk yang mudah dan cepat (user friendly).
C. Batasan Masalah
Agar pembahasan mengenai pengembangan model estimasi waktu potong (cutting time) berdasarkan feature produk dan parameter pemesinan yang dipilih pada pengerjaan pada mesin CNC milling tidak terlalu luas dan menyimpang dari permasalahan, maka ruang lingkup penelitian dibatasi sebagai berikut :
1. Produk yang dimaksud adalah berupa komponen tunggal ataupun sub komponen penyusun suatu produk utama berbentuk prismatik.
2. Produk tersebut dikerjakan dengan proses milling pada CNC milling dengan feature berbentuk slot, hole, dan pocket.
3. Feature didefinisikan sebagai bentuk-bentuk solid dasar yang akan membentuk sebuah desain komponen, yang disebut feature pembentuk. Feature sebagai karakteristik produk, di mana pada penelitian ini dinyatakan sebagai bentuk geometris yang terkait dengan aktivitas manufaktur.
commit to user
4
D. Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian di atas, maka dapat dirumuskan pokok permasalahan dari penelitian yang akan dilakukan yaitu :
1. Bagaimana mengembangkan hubungan matematis yang akurat antara dimensi (ukuran) feature dengan waktu potong (cutting time) pada tiap jenis feature pada produk pemesinan dengan pendekatan lintasan potong? 2. Bagaimana mendapatkan lebar alur potong dan luas bidang potong yang besar dalam pembuatan lintasan alat potong, sehingga lintasan alat potong atau croos feed semakin berkurang?
E. Tujuan Penelitian
Berdasarkan masalah yang telah dirumuskan, tujuan penelitian ini adalah: 1. Menemukan estimasi waktu potong (cutting time) yang akurat
berdasarkan informasi geometris feature.
2. Membandingkan hasil estimasi tersebut dengan waktu pemesinan aktual.
F. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan akan memberikan manfaat, sebagai berikut : 1. Manfaat Teoritis
a. Sebagai bahan masukan atau referensi untuk penelitian selanjutnya.
b. Sebagai bahan pustaka di lingkungan Universitas Sebelas Maret Surakarta khususnya di program Pendidikan Teknik Mesin.
c. Membangkitkan minat mahasiswa untuk melanjutkan penelitian tentang pengembangan model matematis estimasi waktu potong (cutting time) berdasarkan feature produk dan parameter pemesinan.
commit to user
5
2. Manfaat Praktis
a. Memberikan alternatif solusi alat bantu estimasi waktu bagi industri pengolahan komponen dengan proses pemesinan, terutama yang berbasis job order dengan cara yang lebih efisien dan memberikan hasil yang lebih akurat.
b. Terciptanya teknologi otomasi sederhana untuk industri manufaktur. c. Menjadi salah satu referensi dalam estimasi waktu pemesinan berbasis
feature.
d. Dapat digunakan sebagai pendukung dalam mempermudah aktivitas estimasi biaya produksi pada tahap awal pengembangan produk.
commit to user
6BAB II LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka
Pada pembuatan produk dengan pemesinan estimasi waktu proses biasanya dianggap proporsional dengan waktu setup, waktu pemotongan (cutting time) dan waktu non-productive (loading dan unloading benda kerja, pengukuran dan pergerakan tool). Perbedaan utama antar tiap penelitian adalah pada formulasi matematis penentuan waktu pemesinan pada tiap feature.
Lapinleimu dan Totterstrom (1999) menghitung waktu pemesinan sebagai perbandingan antara luasan/volume yang dipotong dengan parameter pemesinan yaitu feed (f), kecepatan potong (v), dan kekuatan potong (Pc).
Parameter tersebut ditentukan berdasarkan jenis material (Al, alloy steel, cast-iron, dan lain-lain), bentuk benda kerja (box, axis, wheel) dan tingkat kekasaran yang diinginkan. Dan waktu non-productive ditentukan berdasarkan eksperimen dan diasumsikan linier dengan ukuran benda kerja.
Biaya manufaktur yang dihitung sebagai penjumlahan biaya pemesinan dan biaya setup diintegrasikan dengan software CAD oleh Ou-Yang dan Lin (1997) untuk memberikan informasi biaya dalam evaluasi desain produk. Pada penelitian ini waktu pemotongan proporsional dengan panjang feature yang dipotong dibagi kecepatan pemakanan (vf) yang sesuai untuk tingkat kekasaran
tertentu. Penentuan parameter pemesinan didasarkan pada rekomendasi Wang et.al (1991) dan Schey (1987) untuk jenis tool dan kecepatan spindle yang sudah ditetapkan terlebih dahulu.
Model penentuan waktu pemesinan berbasis feature lainnya adalah yang dikembangkan oleh Jung (2002) dengan mengelompokkan feature ke dalam empat kelas, yaitu rotational, prismatic, slab, dan revolving. Waktu setup ditetapkan berdasarkan tabel dari Ostwald (1992) untuk tiap jenis mesin yang digunakan. Waktu pemesinan tidak hanya ditentukan dari waktu pemotongan saja, namun juga menghitung waktu finish cutting dan tool approach untuk tiap feature. Waktu pemotongan dianggap proporsional dengan volume material
commit to user
7
terpotong dibagi dengan MRR (material removal rate)-nya. Nilai MRR ini diambil berdasarkan standard pada Machining Data Handbook (MDH, 1980). Waktu non-productive merupakan penjumlahan dari waktu loading yang sebanding dengan berat benda kerja, waktu tool engaging dan mempertimbangkan allowance untuk mesin dan operator.
Pada kenyataannya, pemilihan parameter pemesinan tidak selalu didasarkan pada standar paramater pemesinan yang direkomendasikan untuk tiap jenis material dan pada tiap jenis pahat yang digunakan. Widiastuti (2009) dalam penelitiannya untuk menghitung biaya pokok produksi di beberapa industri pembuatan komponen di Surakarta menemukan fakta bahwa sebagian besar pelaku usaha menetapkan parameter pemesinan yang digunakan secara subjektif berdasarkan pengalaman sebelumnya. Nilai yang diambil tidak selalu sama dengan nilai standard yang direkomendasikan. Biasanya hal ini dilakukan dalam upaya memperpanjang masa pakai pahat (tool life).
Model estimasi waktu pemesinan yang dikembangkan pada penelitian-penelitian di atas tidak bisa secara langsung diaplikasikan pada industri pengerjaan logam. Penelitian ini akan difokuskan pada pengembangan model estimasi waktu potong (cutting time) dengan memasukkan juga parameter pemesinan sebagai input sistem selain dimensi dan ukuran feature. Dengan demikian pengguna dapat melakukan evaluasi pengaruh parameter yang dipilih terhadap waktu proses yang diperlukan.
Proses manufaktur adalah aktivitas industri yang mengubah bentuk raw material menjadi suatu produk (Ostwald & Mundoz, 1997). Proses pemesinan merupakan salah satu jenis proses manufaktur yang banyak dilakukan pada pengerjaan logam yang meliputi turning, milling, grinding, dan honing (Bralla, 1999).
1. Konsep Dasar Pemodelan Sistem
Sistem adalah kumpulan objek-objek yang saling berinteraksi yang mempunyai tujuan tertentu. Sedangkan model digunakan sebagai representasi suatu sistem nyata (situasi nyata) dengan tujuan untuk menggambarkan (to
commit to user
8
describe), menjelaskan (to explain), dan memperkirakan (to predict) karakteristik (struktur) dan atau perilaku (fungsi) suatu sistem.
2. Pemakanan dan Kecepatan Pemakanan
Pemakanan (feed), f, adalah gerakan lateral (menyamping) relatif antara pahat (cutting tool) dengan benda kerja selama operasi pemesinan (Chang & Wang, 1998). Pemakanan berhubungan dengan ketebalan geram yang dihasilkan selama proses. Pada pengerjaan dengan milling, pemakanan dinyatakan sebagai jarak gerak maju pahat per putaran gigi pahat (dalam mm per putaran per gigi). Kecepatan pemakanan (feed rate), Vf, adalah kecepatan pemakanan dengan satuan
mm per menit.
Vf = f z S (1)
dengan
z = jumlah gigi pahat
3. Kecepatan Potong
Kecepatan potong (cutting speed), Vc, dapat didefinisikan sebagai
kecepatan linier maksimum antara pahat dan benda kerja.
Vc =
π
DS (2)dengan
Vc = kecepatan potong, mm per menit
D = diameter, mm
S = kecepatan putar pahat, rpm
4. Metal Removal Rate
Metal Removal Rate (MRR) merupakan ukuran seberapa cepat beram terlepas dari benda kerja. MRR dihitung sebagai perkalian antara luas beram (cross-sectional area) dengan kecepatan. Semakin besar nilai MRR-nya, maka semakin pendek waktu prosesnya. MRR dinyatakan dalam satuan mm3 per menit. Setiap proses memiliki perhitungan MRR yang berbeda.
Untuk proses drilling, luas beram adalah 2/4 D
π
sehingga MRR = Vf D 4 2π
= D fS 4 2π
(3)commit to user
9
dengan
D = diameter drill, mm Vf = feed rate, mm per menit
f = feed, mm per putaran Dari persamaan (2), S = D Vc π maka MRR = D V f D c
π
π
4 2 (4)Pada proses milling luasan beram yang terbentuk ditunjukkan pada Gambar 1. Luasan benda kerja yang terpotong, A, merupakan fungsi kedalaman dan lebar pemakanan.
A = apw (5) MRR = apwVf = apwfzS (6) S = D Vc π MRR = D wfzV ap c
π
(7) dengan ap = kedalaman pemakanan, mm w = lebar pemakanan, mm z = jumlah gigi pahat D = diameter pahat, mmf = feed, mm per putaran per gigi
Gambar 1. Proses Pemakanan Benda Kerja dengan Milling
w ap
d
commit to user
10
5. Waktu Pemotongan
Waktu pemotongan adalah waktu total yang dibutuhkan untuk menyelesaikan pengerjaan benda kerja. Waktu pemotongan, Tc, dalam satuan
menit, merupakan fungsi ukuran benda kerja, kedalaman pemakanan, feed, dan kecepatan. Tc = f p V L L n +∆ (8) dengan
L = panjang benda kerja (kedalaman lubang), mm L
∆ = kelonggaran tinggi atau over travel, mm Vf = feed rate, mm per menit
Pada proses milling np, jumlah pass, dapat dihitung sebagai
np = + + ∆ ∆ d W a h p λ (9) dengan h
∆ = tinggi material yang dipotong, mm ∆W= lebar material yang dipotong, mm
λ = cutter overlapping factor
= lebar pemotongan efektif/diameter pahat ≤1,0 d = diameter pahat
x = pembulatan x ke nilai integer berikutnya +
6. Umur Pahat (Tool Life)
Masa pakai pahat dapat berakhir disebabkan salah satu dari dua mekanisme yaitu: erosi (aus) dan patah (catastrophic failure). Crater wear dan flank wear (pada permukaan pahat) merupakan dua area utama keausan. FW Taylor (1906) merupakan orang pertama yang mengembangkan persamaan umum untuk perhitungan umur pahat, yaitu
α ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ = t t V V r r c (10)
commit to user
11
dimana
α = bilangan konstan
Vc = kecepatan potong, mm per menit
t = umur pahat, menit
Vr = referensi kecepatan potong untuk umur pahat, tr
Hasil eksperimen pada beberapa material dengan beberapa variasi kecepatan potong memberikan persamaan (Chang & Wang, 1998 dan Ostwald & Munoz, 1997) sebagai berikut
t = α α / 1 / 1 V V tr r = α / 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ V K (11) Tabel 1 menunjukkan nilai K dan α untuk beberapa material pahat dan material benda kerja (Ostwald & Munoz, 1997).
Tabel 1. Nilai K dan α pada Persamaan Umur Pahat
Material High-Speed Steel Tungsten Carbide
K α K α
Stainless steel Medium carbon steel Gray cast iron
170 190 75 0.08 0.11 0.14 400 150 130 0.16 0.20 0.25 Umur pakai dari alat potong dapat dirumuskan sebagai berikut :
Vt n = C
Rumus diatas mengindikasikan bahwa umur alat potong berhubungan dengan kecepatan potong dengan konstanta n dan C.
7. Kebutuhan Tenaga (Power)
Kebutuhan tenaga pada proses pemesinan bukan nilai yang dibatasi pada pemilihan parameter proses, namun menjadi pertimbangan penting dalam menentukan kecepatan pemakanan, kecepatan potong, dan kedalaman pemakanan.
commit to user
12
Secara umum pada penggunaan pahat, mesin, dan material benda kerja yang sama, semakin besar volume benda kerja yang dipotong, maka semakin besar kebutuhan tenaga yang diperlukan. Pengurangan kecepatan pemakanan, kecepatan potong dan kedalaman pemakanan akan mengurangi kebutuhan gaya dan tenaga yang diperlukan. Karena kebutuhan tenaga dibatasi oleh spesifikasi mesin, perlu diketahui tenaga yang diperlukan pada proses pemotongan sebagai fungsi parameter proses.
Konsumsi tenaga pemesinan, Pc (hp), dapat dihitung dengan persamaan
sebagai berikut (Walsh, 2005).
Pc = apfVcS (12)
8. Deep Of Cutting (DOC) Kedalam potong pahat dibagi menjadi dua, yaitu :
a. Kedalaman Potong Axial adalah kedalaman potong dari alat potong sepanjang sumbu (tinggi) benda kerja saat membuat satu sayatan. Pemotongan dengan kedalaman potong aksial yang besar memerlukan tingkat feed rendah, atau akan mengakibatkan beban yang tinggi pada alat potong dan mengurangi masa pakai alat potong. Oleh karena itu, sebuah pengerjaan feature biasa dilakukan beberapa kali pass, sehingga alat potong bergerak ke kedalaman aksial yang ditentukan untuk masing-masing pass agar terhindar dari pembebanan yang tinggi.
Gambar 2. Kedalaman Potong Axial http://www.custompartnet.com/wu/milling
commit to user
13
b. Kedalaman Potong Radial adalah kedalaman potong sepanjang jari-jari alat potong (lebar alur potong) pada benda kerja saat membuat satu sayatan. Jika kedalaman radial dipotong kurang dari diameter alat potong, akan terjadi pemotongan sebagian saja oleh alat potong dan membuat pemotongan peripheral. Jika kedalaman radial dipotong sama dengan diameter alat potong, pemotongan atau penyayatan akan terjadi sedalam diameter alat potong dan membuat pemotongan slot. Oleh karena itu, sebuah pengerjaan feature biasa dilakukan beberapa kali langkah, banyaknya langkah alat potong di tentukan oleh jarak tiap langkah, dan membuat kedalaman potong radial dibagian lain.
Peripheral Cut Slot Cut Gambar 3. Kedalaman Potong Radial http://www.custompartnet.com/wu/milling
commit to user
14
9. Konsep Desain Berbasis Feature
Desain berbasis feature (Design by Features) adalah metoda desain yang memanfaatkan feature yang telah didefinisikan terlebih dahulu (Toha & Wibisono, 1999). Feature didefinisikan sebagai bentuk-bentuk solid dasar yang akan membentuk sebuah desain komponen, yang disebut feature pembentuk. Desain berbasis feature pada dasarnya adalah pendekatan dimana sejak proses desain, informasi feature sudah disimpan. Desainer komponen memilih feature standar untuk membentuk model solid komponennya, dimana secara internal (oleh program) dilakukan operasi boolean tahap demi tahap, sehingga dihasilkan bentuk komponen yang diinginkan. Informasi feature yang digunakan untuk membentuk sebuah komponen, disimpan ketika desainer membentuk komponen tersebut. Dengan menggunakan metoda ini, tidak perlu ada kebutuhan pengenalan feature. Bentuk-bentuk turunan dari penggunaan feature pembentuk yang berbeda – beda dapat diketahui dari informasi feature yang tersimpan. Kelebihan inilah yang menyebabkan desain berbasis feature dapat digunakan untuk merancang bentuk-bentuk yang lebih kompleks dari pendekatan lain seperti feature recognition dan human-assisted feature definition.
commit to user
15 Tabel 2. Ringkasan Penelitian Estimasi Waktu Proses Pemesinan
Peneliti Objek Perhitungan waktu manufaktur Input Sistem
Jung, 2002 Penentuan waktu pemesinan berdasarkan feature manufacturing Waktu proses/unit = ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + + ot no su T T Q T
- Tsu ditentukan tiap jenis mesin dari tabel Ostwald [1992] - Tot = waktu (rough cutting + finish cutting + tool approach) - Tno = waktu (loading + tool engaging + allowance) = tlt + tet + tal
- tlt = 38 + 1.1W, dimana W adalah berat benda kerja [Boothroyd & Reynolds, 1998]
- tet diperoleh dari Oswald [1992] - tal = 0.09 (waktu pemesinan) + 0.15 tlt
- Data mesin: jenis mesin
- Data tool: jenis pahat, dimensi pahat, jumlah pahat - Data material - Data feature Qian dan Ben-Arieh, 2008 Estimasi waktu pemesinan produk rotational (proses turning) berbasis feature
Estimasi waktu pemesinan tm = ttool change + ttraverse + tcut
≈
∑
+∑
+∑
h hole w groove circular straight F L F L F L 1 / + R S t F L N toolchange i t thread tr∑
∑
+ + + 2dimana F, feed rate dan N, kecepatan putar spindle
- Dimensi (panjang dan diameter) dan jumlah feature - Jumlah pahat - Jumlah order Lapinleimu dan Totterstrom, 1999 Pengembangan model estimasi waktu pemesinan dalam bentuk perangkat lunak berbasis Windows NT Waktu pemesinan = TM = TC + TA
dengan TC adalah waktu pemotongan dan TA waktu tambahan seperti
loading/unloading, tool changing dan tool positioning
- TC = V/V’ dengan V adalah volume yang dipotong dan V’=Pc/kc
- Pc, energi pemotongan/cutting power [kW] ditentukan berdasarkan ukuran material sedang kc, gaya potong [N/mm2] diperoleh dari tabel rekomendasi Sandvik [1994]
- TA = ΣTP + ΣTT + ΣTWPT + ΣTWPL dengan TP waktu penempatan pahat, TT waktu ganti pahat, TWPT waktu pindah posisi cekam dan TWPC waktu load & unload material
- Jenis benda kerja (axis, wheel atau prismatik) - Ukuran & jenis
material - Kondisi
pemotongan - Jenis & ukuran
feature
- Tingkat kekasaran Ou-Yang dan
Lin, 1997 Estimasi waktu manufaktur yang terintegrasi dengan
software CAD
Perhitungan waktu pemesinan: - T = krm.LH dimana krm = p fa V 3 - dimensi feature - tingkat kekasaran
commit to user
16 B. Kerangka Pemikiran
Waktu pemotongan juga bergantung pada banyak faktor yang mempengaruhi seperti panjang yang dipotong dan kecepatan pemakanan (feed rate). Panjang potongan dapat dipersingkat dengan mengoptimalkan jumlah operasi yang diperlukan dan mengurangi ukuran feature jika memungkinkan. Tingkat pemakanan dipengaruhi oleh jenis operasi, bahan benda kerja, bahan alat potong, ukuran alat potong, dan berbagai parameter pemotongan seperti kedalaman potong (DOC). Terakhir, waktu penggantian alat potong adalah akibat langsung dari jumlah pergantian alat potong yang dipakai.
Informasi ukuran geometris digunakan untuk mengembangkan suatu formulasi matematis waktu potong (cutting time) yang sesuai untuk tiap feature berdasarkan tinjauan pustaka dan hasil karakterisasi sistem. Model matematis yang digunakan adalah berupa persamaan linier sederhana dengan variabel ukuran geometris pada masing-masing feature. Hal ini didasarkan pada asumsi dasar bahwa feature merupakan penghubung antara representasi geometris sederhana dengan aplikasi teknis, misalnya sebuah lubang terhadap waktu proses. Pada penelitian ini formulasi model matematis waktu potong (cutting time ) diasumsikan sebanding dengan panjang lintasan potong, besarnya kedalaman pemotongan (DOC) dan feed rate (Vf ), mm per menit.
Dalam implementasi riil proses milling, alat potong akan bekerja jauh lebih efisien jika titik – titik yang akan dipotong berada dalam posisi terukur/terurut berdasarkan kedekatannya. Oleh karena itu, dalam penelitian ini pendekatan pembuatan lintasan pahat digunakan sebagai dasar menentukan titik peletakan pusat cutter/alat potong yang paling efektif untuk mendapatkan lebar alur potong dan luas bidang potong yang besar.
Dengan terjadinya lebar alur potong dan luas bidang potong yang besar, maka lintasan alat potong atau cross feed akan semakin berkurang atau sedikit, sehingga waktu pengerjaan juga akan semakin sedikit dan laju pelepasan material semakin cepat sehingga, proses pemesinan menjadi efisien. Penelitian dilakukan dengan menvariasikan feature (ukuran geometri feature) dan dilakukan proses pemotongan sebanyak 46 kali untuk melihat ketepatan formulasi model matematis yang diperoleh. Salah satu faktor yang mempengaruhi waktu pemesinan, khususnya pada pemesinan pararel adalah lebar permukaan kontak antara pahat dan benda kerja. Dalam pembuatan lintasan pahat selalu diinginkan lebar permukaan kontak yang
commit to user
17 besar sehingga jarak antara lintasan pahat (pahat interval) semakin besar. Dengan semakin besarnya jarak antar lintasan, maka jumlah lintasan pahat cenderung semakin sedikit. Oleh karena itu lebar permukaan kontak memiliki peranan penting dalam penigkatan efisiensi waktu pemotongan.
C. Hipotesis Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah dan analisa kerangka pemikiran di atas dapat diambil hipotesis sebagai berikut :
“Tidak ada perbedaan yang signifikan antara waktu pemesinan aktual dan hasil estimasi, sehingga formulasi model matematis waktu potong (cutting time) dapat diaplikasikan”
commit to user
18 BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian 1. Tempat Penelitian
Tempat penelitian merupakan lokasi dimana informasi diperoleh untuk menyatakan kebenaran penelitian. Eksperimen untuk mengetahui waktu aktual dilakukan di Laboratorium CNC Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS dengan menggunakan mesin CNC Milling type ZK 7040 dengan control SIEMENS SINUMERIK 802S. Parameter pemesinan yang digunakan sama dengan parameter yang dijadikan input model matematis. Feature sebagai karakteristik produk, penghubung antara representasi geometris sederhana dengan aplikasi teknis, misalnya sebuah lubang terhadap waktu proses. Pada penelitian ini feature dinyatakan sebagai bentuk geometris yang terkait dengan aktivitas manufaktur.
2. Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan kurang lebih 5 bulan, dari bulan Desember 2009 sampai bulan April 2010. Adapun jadwal pelaksanaan kegiatan sebagai berikut :
a. Pelaksanaan penelitian pada tanggal 11 November s/d 19 November 2009 b. Seminar proposal penelitian pada tanggal 18 Februari 2010
c. Revisi proposal penelitian pada tanggal 19 Februari s/d 26 Februari 2010 d. Perijinan proposal penelitian pada tanggal 1 Maret s/d 11 Maret 2010 e. Penulisan laporan penelitian pada tanggal 1 Maret s/d 16 April 2010
commit to user
19
B. Metode Penelitian
Pada penelitian ini, metode yang digunakan adalah metode eksperimen dan merupakan penelitian kuantitatif yaitu memaparkan secara jelas hasil eksperimen di laboratorium terhadap sejumlah benda uji, kemudian analisis datanya dengan menggunakan angka-angka.
Metode penelitian yang digunakan dimulai dari kajian pustaka terhadap teori-teori dasar dalam perhitungan waktu pemotongan yang sesuai untuk tiap jenis feature. Identifikasi masalah digunakan untuk melakukan karakterisasi sistem, termasuk jenis feature produk prismatik yang dihasilkan pada proses pemesinan milling.
Karakterisasi digunakan untuk mendapatkan deskripsi yang benar tentang sistem yang ditinjau. Hasil karakterisasi sistem ini adalah diperolehnya pemahaman terhadap permasalahan yang menjadi objek studi, yaitu meliputi ruang lingkup sistem, interaksi antar elemen dalam sistem, peranan waktu dalam sistem (apakah statik atau dinamik) serta tingkat kepastian perubahan nilai dalam sistem (apakah deterministik atau stokastik). Dan dilanjutkan dengan mengembangkan suatu model matematis waktu potong (cutting time) yang sesuai untuk tiap feature berdasarkan tinjauan pustaka dan hasil karakterisasi sistem.
Pengambilan data waktu potong aktual dilakukan dengan CNC milling type ZK 7040 dengan control SIEMENS SINUMERIK 802S, feature yang dibuat adalah slot, pocket, dan hole. Dengan parameter pemotongan sebagai input sistem adalah kecepatan spindel 1000 rpm (S), kecepatan pemakanan 100 mm/menit dan 150 mm/ menit (G94), kedalaman pemakanan 0,5 mm dan 1 mm (DOC), lebar pemotongan efektif 0,9 dan 1 ( ). Dilakukan proses pemotongan sebanyak 46 kali untuk melihat ketepatan formulasi model matematis yang diperoleh.
commit to user
20
C. Populasi dan Sampel
Tujuan digunakanya teknik sampling adalah untuk menentukan seberapa banyak sampel yang diambil. Teknik sampling yang digunakan untuk mengumpulkan data dari berbagai sumber data adalah purposive sampling, yaitu apa dan siapa yang harus memberikan data ditentukan secara subjektif sesuai dengan keperluan dalam rangka mencapai tujuan yang telah ditentukan karena data yang dikumpulkan dari pihak yang berkait langsung dengan permasalahan yang diteliti.
Validitas model estimasi waktu pemesinan diuji dengan membandingkan hasil estimasi dengan waktu aktual. Qian et al (2008) menggunakan 15 sampel produk sedangkan Lapinleimu (1999) menggunakan 20 produk sebagai pembanding. Pada penelitian ini, produk yang digunakan sebagai objek pembanding merupakan feature (slot, hole, dan pocket).
Sampel diambil berdasarkan variasi ukuran geometri feature (slot, hole, dan pocket) atau dengan cara memilih parameter pemotongan yang berkaitan dengan estimasi waktu pemotongan sebuah feature.
D. Teknik Pengumpulan Data 1. Sumber Data
Simulasi pengambilan waktu potong aktual dilakukan dengan menggunakan aluminium cor sebagai benda uji. Dilakukan dengan cara pengujian formulasi model matematis yang telah dibuat dengan simulasi pada mesin CNC milling dengan menghitung waktu aktual yang didapat.
commit to user
21
2. Pelaksanaan Eksperimen a. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah :
Aluminium cor dengan ukuran panjang 58,4 mm, lebar 52,56 mm, dan tinggi 50 mm didapat variasi ukuran feature yang dipakai dalam penelitian ini feature hole dengan diameter 25 mm, 30 mm, 35 mm, dan 40 mm. Feature slot dengan lebar 10 mm dan 12 mm. Feature pocket dengan ukuran panjang x lebar ; 25 mm x 25 mm, 30 mm x 30mm, 34 mm x 34 mm, 35 mm x 35 mm, 38 mm x 38 mm, dan 40 mm x 40 mm.
Gambar 4. Bahan Uji Awal b. Alat Penelitian
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah :
1. Mesin CNC Milling type ZK 7040 dengan control SIEMENS SINUMERIK 802S
2. End Milling Cutter HSS empat mata sayat dengan diameter cutter 10mm, 12mm, dan 16 mm
commit to user
22 3. Desain Eksperimen Tidak YaGambar 5. Bagan Aliran Proses Eksperimen Analisis Feature
Identifikasi Masalah
Validasi Model
Analisis Model Simulasi
Formulasi Model
Tinjauan Pustaka
Model Matematis Valid?
commit to user
23
E. Teknik Analisis Data
Teknik analisis data dalam penelitian ini adalah menggunakan t-test pairwise comparison: two-sample assuming unequal variances dua arah. Namun sebelum dilakukan uji persyaratan analisis yaitu uji normalitas. Berikut ini adalah desain penelitian guna mempermudah analisis data. Desain data tersebut dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3. Pengumpulan Data Sampel
Ukuran feature
Waktu (detik)
Feature
Hasil Estimasi Aktual Vf =100 mm/mnt mm/mnt Vf =150 mm/mnt Vf =100 mm/mnt Vf =150 Hole 1 D cutter Y111 Y123 Y211 Y223 D cutter Y112 Y124 Y212 Y224 Face 2 D cutter Y113 Y125 Y213 Y225 D cutter Y114 Y126 Y214 Y226 Pocket 3 D cutter Y115 Y127 Y215 Y227 D cutter Y116 Y128 Y216 Y228 Boring 4 D cutter Y117 Y129 Y217 Y229 D cutter Y118 Y130 Y218 Y230 Slot + Face 5 D cutter Y119 Y131 Y219 Y231 D cutter Y120 Y132 Y220 Y232 Side cutting 6 D cutter Y121 Y133 Y221 Y233 D cutter Y122 Y134 Y222 Y234 Jumlah Total J Rata-Rata
commit to user
24
1. Uji Persyaratan Analisis Data
Untuk mengetahui data tersebut normal atau tidak maka dilakukan uji normalitas. Uji normalitas yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan metode Lilliefors (uji non-parametrik). (Budiyono, 2004) Uji normalitas dengan metode Lilliefors dilakukan apabila data tidak dalam distribusi frekuensi data bergolong. Adapun rumus Metode Lilliefors yaitu :
L Maks|F Z S Z | F Z P Z z ; Z~N 0,1
S Z proporsi cacah z z terhadapseluruh z DK L L L ;
Jika L < L tabel maka data tersebut berdistribusi normal.
2. Uji Analisis Data
Untuk mengetahui ada atau tidaknya perbedaan waktu pemesinan aktual dan hasil estimasi dilakukan uji statistik dengan t-test pairwise comparison: two-sample assuming unequal variances dua arah. Rumus yang digunakan dalam t-test pairwise comparison: two-sample assuming unequal variances dua arah, yaitu :
t′ x x s n ns Dengan : X ∑ X n s ∑ X X n 1 Kriteria pengujian adalah : terima H0 jika
W t W t W W t W t W t W W Dengan : W ; W t t , n 1 dan
commit to user
25
t t , n 1
H0 : µ = µ0 ; Tidak ada perbedaan yang signifikan antara waktu potong aktual
dan hasil estimasi
H1 : µ ≠ µ0 ; Ada perbedaan yang signifikan waktu potong aktual dan hasil
estimasi Kesimpulan :
Bila harga t1 < t’ < t2 dalam taraf signifikasi 1%, maka hipotesis nihil
(H0) diterima dan hipotesis kerja (H1) ditolak, kemudian sebaliknya bila t1 > t’
commit to user
d e t p d d p k d k d d m m d T Fea desain komp end milling terhadap ben pemotong d digunakan ditentukan o pengerjaan t kontur yang dilakukan de kecil dan m dan hole. Pem dapat meng mengestima mendapatkan dapat dilihat Tabel 4. Lin HASI ature adalah ponen. Dala cutter. Alat nda kerja, a dan pada bat pada pemo oleh jarak d tiap feature t g kompleks. engan pemo embuat bebe mbuatan lint getahui panj si waktu p n alur poton t pada Tabel ntasan Potong Featur Facing IL PENELI A. h bentuk-ben am panelitian potong (end area kerja pa tas keliling otongan per dan banyakn tertentu, sep Kedalaman otongan pada erapa pass. tasan potong jang lintasa potong. Ha ng dan luas b l 4. g Tiap Featu re g 26 BAB IV ITIAN DAN Analisis Fe ntuk solid da n ini feature d milling cut ahat berada dari badan p ripheral ata nya step-ove erti: hole, sl n feature ini a kedalaman Feature yan g sebelum p an potong s asil pembua bidang poton ure N PEMBAH eature asar yang ak e dikerjakan tter), berputa pada akhir pahat pemot aupun slot. er, sebagai lot, pocket, a i dikerjakan n potong ak ng akan dibu proses peme sehingga da atan lintasan ng yang bes Lintasan HASAN kan memben dengan me ar pada sum permukaan tong. End m Panjang p lintasan pot atau bahkan p dalam satu sial (DOC) uat adalah sl sinan dilaku apat diguna n alat poto ar dalam pe n Potong ntuk sebuah nggunakan mbu vertikal dari pahat mill banyak penyayatan tong untuk permukaan u pass atau yang lebih lot, pocket, ukan untuk akan untuk ong untuk enelitian inicommit to user
Hole Pocke Boring Slot et g 27commit to user
28
Side cut
Panjang lintasan potong dibuat berdasarkan bentuk geometri tiap feature adalah panjang lintasan yang dilalui alat potong disertai dan atau tidak adanya penyayatan (pelepasan material) sampai posisi alat potong dianggap cukup aman diatas benda kerja untuk melakukan operasi selanjutnya. Pembuatan lintasan potong dilakukan dengan mencari letak titik – titik yang dilalui alat potong,dan berada dalam posisi terukur/terurut berdasarkan kedekatannya sehingga dapat diketahui panjang lintasan dan lebar alur potong yang telah dilalui cutter/alat potong. Peletakan titik pusat cutter/alat potong yang dilalui ditentukan dengan menggunakan perangkat lunak AutoCAD. Program G-code yang dibuat untuk proses pemesinan saat eksperimen disesuaikan dengan hasil pembuatan lintasan potong dalam CAD.
Facing – dilakukan untuk meratakan atau menghaluskan permukaan benda kerja, jadi axial DOC kecil. Tapi tidak menutup kemungkinan untuk melakukanya lebih dari satu kali untuk mendapatkan hasil pengerjaan muka yang diinginkan.
Hole – dilakukan dengan dua variasi ukuran (diameter dan kedalaman). Hole dengan diameter yang lebih dari diameter cutter akan dilakukan pemotongan dengan prinsip perluasan diameter hole dengan end mill. Hole yang mempunyai diameter sama dengan diameter cutter juga axial DOC terlalu dalam dilakukan boring dengan end mill setelah dilakukan drilling dengan mata bor yang berdiameter lebih kecil.
commit to user
29
Pocket – dilakukan pada pocket dengan diameter fillet sama dengan diameter cutter dimana ukuran lebar dan panjangnya adalah sama. Slot (slotting), lebar pahat lebih kecil dari lebar benda kerja, membentuk celah (slot) pada benda kerja. Side cutting, alat potong memotong satu sisi benda kerja. Hampir sama dengan facing, dengan ukuran geometri feature yang dimiliki menjadikan lintasan potong tiap feature berbeda sehingga lintasan potong disesuaikan dengan ukuran geometri feature.
Formulasi model matematis waktu potong (cutting time) dikembangkan dari lintasan potong yang didapat dari informasi ukuran geometri tiap bentuk feature. Pada penelitian ini formulasi model matematis waktu potong (cutting time) diasumsikan sebanding dengan panjang lintasan potong, besarnya kedalaman pemotongan (DOC) dan feed rate (Vf ), mm per menit.
Axial DOC digunakan untuk menentukan banyaknya jumlah pengulangan operasi yang sama pada pengerjaan sebuah feature karena tidak semua pengerjaan feature dapat dilakukan satu kali operasi. Radial DOC : lebar alur potong dan luas bidang dipengaruhi oleh diameter alat potong. Terjadinya lebar alur potong dan luas bidang potong yang besar maka lintasan alat potong atau cross feed akan semakin berkurang sehingga waktu pengerjaan juga akan semakin sedikit.
commit to user
30
B. Formulasi Model Matematis Waktu Potong (Cutting Time)
Facing (end milling cutter)
t l V l h a p. L y a y w D p w λ. D
λ
Slot (end milling cutter)
t l
V
l h
a L a
commit to user
31
Hole (end milling cutter)
t l V l h a D D 2 2π u λ. D D D 2 a m D D 2λ. D u bilangan asli 1,2,3 … dst
λ
Pocket (end milling cutter)
t l V l h a p 4 . y a y L D p L D λ. D 1 * l w
* λ
Lanjutan formulasicommit to user
32
Reaming (end milling cutter)
t l
V
l 2h 2 h
a 1 i
Side cutting (end milling cutter) Dc
t l V l h a x a x L 2 . W D Lanjutan formulasi
commit to user
33
C. Hasil Pengujian Waktu Potong
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen,pengujian dilakukan untuk mengetahui lamanya waktu potong aktual dan lamanya waktu potong hasil pengembangan model matematis untuk masing-masing feature. Diperoleh data sebagai terlihat pada Tabel 5.
Tabel 5.Data Hasil Pengujian Waktu Potong Hasil Estimasi dan Aktual Sampel
Ukuran feature
Waktu (detik) Feature
Hasil Estimasi Aktual Vf =100 mm/mnt mm/mnt Vf =150 mm/mnt Vf =100 mm/mnt Vf =150 Hole 1 D cutter (D10) D 40 35 25 200,23 178,38 66,77 133,48 118,9 44,52 202,4 181,3 68,1 135,4 121,8 47 D cutter (D12) D 35 30 101,16 79,3 67,43 52,86 102,6 80,9 68,4 54,9 Facing 2 D cutter (D10) L x W 58,4 x 52,56 472,752 315,168 471,6 316,8 D cutter (D12) L x W 58,4 x 52,56 399,672 266,5 404,2 266,8 D cutter (D16) L x W 53,9 x 53,6 305,04 203,4 305,6 204,6 Pocket 3 D cutter (D10) L x W 40x40 30x30 25x25 325,2 193,2 127,2 216,8 128,8 84,8 327,7 196,1 129,1 219,3 131,4 87,2 D cutter (D12) L x W 38x38 35x35 34x34 250,2 193,8 185,4 166,8 129,2 123,6 252 195.8 188.7 168,8 131,7 125,5 Boring 4 D cutter (D10) h 10 22,8 15,2 24,3 16,6 D cutter (D12) h 10 22,8 15,2 24,7 17,4 Slot + Facing 5 D cutter L ; W ; S
commit to user
34 (D10) 58,4 ; 25 ; 10 58,4 ; 20 ; 10 305,22 297,72 203,5 198,5 306,9 299,1 205,5 200,2 D cutter (D12) L ; W ; S 58,4 ; 30 ; 12 58,4 ; 20 ; 12 307,32 223,44 204,88 148,96 313,3 231,8 208,2 154,9 Side cutting 6 D cutter (D10) W 3 5 290,3 268,7 193,54 179,14 285,9 268,5 191,4 178,7 D cutter (D12) W 6 271,1 180,74 268,5 178,7 Jumlah data 23 23 23 23 Total Data 46 46D. Uji Persyaratan Analisis Data
Penelitian ini merupakan jenis penelitian yang termasuk dalam kategori penelitian eksperimen, maka untuk pengujian persyaratan analisis datanya dengan menggunakan uji normalitas.
Sebelum dilakukan t-test: two-sample assuming unequal variances dua arah, data harus memenuhi syarat kenormalan. Oleh karena itu data diuji dengan uji normalitas, dengan menggunakan metode Lilliefors (uji non-parametrik).
Untuk menerima atau menolak hipotesis nol, bandingkan Lmax ini dengan
nilai kritis Ltabel untuk taraf nyata yang dipilih. Jika Lmax < Ltabel dari daftar pada
taraf α = 0,01 dengan ukuran sampel n = 46, maka H0 diterima dan H1 ditolak.
Tabel 6. Hasil Perhitungan dengan Metode Lilliefors
Waktu Potong (detik)
Estimasi Aktual
Lmax 0,045 0,037
Ltabel 0,152
Dari kedua populasi tersebut ternyata didapat Lmax < Ltabel dengan taraf
nyata α = 0,01 dan ukuran sampel n = 46, dari tabel uji Lilliefors didapat Ltabel =
0,152, sehingga hipotesis nol diterima. Sehingga kedua sampel tersebut dinyatakan mempunyai data yang berdistribusi normal.
commit to user
35
E. Pengujian Hipotesis
Pengujian hipotesis merupakan langkah untuk menguji apakah pernyataan yang dikemukakan dalam perumusan hipotesis diterima atau ditolak. Dalam penelitian ini pengujian hipotesis digunakan untuk menguji ada atau tidaknya perbedaan waktu pemesinan aktual dan hasil estimasi.
Pengujian hipotesis yang digunakan adalah menggunakan dilakukan uji statistik dengan t-test pairwise comparison: two-sample assuming unequal variances dua arah. Dalam uji analisis ini data-data yang digunakan sebagai berikut :
Tabel 7. Hasil Perhitungan Uji - t
Waktu (Detik) Estimasi Aktual Total Data 46 46 Rata-Rata 184,253 186,093 SD 104,120 103,932 Varians 10841,078 10801,798 W 235,675 234,822 t tabel (t Critical two-tail α = 0,01) 2,576 2,576 t’ -0,085
Hasil perhitungan dengan t-test pairwise comparison : two-sample assuming unequal variances dua arah memperlihatkan bahwa harga t’ = -0,085, sedangkan t tabel dengan n = 46 dan taraf nyata α = 0,01 didapat t table (t Critical two-tail) = 2,576, jadi – 2,576 < t’ < 2,576, sehingga hipotesis nihil (H0) yang
menyatakan “Tidak ada perbedaan yang signifikan antara waktu pemesinan aktual dan hasil estimasi” diterima. Jadi, tidak ada perbedaan yang signifikan antara waktu pemesinan aktual dan hasil estimasi, sehingga formulasi matematis estimasi waktu potong dapat digunakan.
commit to user
36
F. Pembahasan Hasil Penelitian
Berdasarkan pengujian hasil analisis data yang bertujuan untuk mengetahui ada atau tidaknya perbedaan waktu pemesinan aktual dan hasil estimasi. Waktu yang dihitung adalah waktu aktual pemotongan (cutting time) masing-masing feature.
Informasi ukuran geometris feature digunakan untuk mengembangkan suatu formulasi matematis waktu potong (cutting time) yang sesuai untuk tiap feature berdasarkan tinjauan pustaka dan hasil karakterisasi sistem. Pada penelitian ini formulasi model matematis waktu potong (cutting time ) sebanding dengan panjang lintasan potong, besarnya kedalaman pemotongan (DOC) dibagi feed rate (Vf ), mm per menit.
Dan dari hasil perhitungan dengan t-test pairwise comparison: two-sample assuming unequal variances dua arah memperlihatkan bahwa H0 diterima ,jika -2,576 < t’ < 2,576, dan t’ = -0,085. Jadi, tidak ada perbedaan yang signifikan
antara waktu pemesinan aktual dan hasil estimasi, sehingga formulasi matematis estimasi waktu potong (cutting time) pemesinan dapat digunakan.
Berdasarkan hasil pengujian terbukti bahwa pengembangkan model matematis estimasi waktu potong menggunakan pendekatan lintasan potong tidak ada perbedaan yang signifikan denganwaktu potong aktual.
Di bawah ini gambar 6. merupakan grafik hasil pengujian waktu estimasi dan aktual untuk mengetahui lebih jelas perbandingan antara waktu hasil estimasi dan aktual. Tabel 9. merupakan tabel percentage error (PE) untuk mengetahui persentasi kesalahan hasil estimasi sebagai berikut:
commit to user
37
Gambar 6. Grafik Hasil Pengujian Waktu Estimasi Dan Aktual
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 waktu pot o ng (detik) Sampel Estimasi Aktual
commit to user
38
Tabel 9.Percentage Error (PE)
| | 100% Estimasi(E) Aktual(A) | | PE (%) 15,2 15,2 22,8 22,8 44,52 52,86 66,77 67,43 79,3 84,8 101,16 118,9 123,6 127,2 128,8 129,2 133,48 148,96 166,8 179,14 179,14 178,38 185,4 193,54 193,8 193,2 198,5 200,23 203,4 203,5 204,88 216,8 223,44 250,2 266,5 268,7 268,7 16,6 17,4 24,3 24,7 47 54,9 68,1 68,4 80,9 87,2 102,6 121,8 125,5 129,1 131,4 131,7 135,4 154,9 168,8 178,7 178,7 181,3 188,7 191,4 195,8 196,1 200,2 202,4 204,6 205,5 208,2 219,3 231,8 252 266,8 268,5 268,5 1,4 2,2 1,5 1,9 2,48 2,04 1,33 0,97 1,6 2,4 1,44 2,9 1,9 1,9 2,6 2,5 1,92 5,94 2 0,44 2,04 2,92 3,3 2,14 2 2,9 1,7 2,17 1,2 2 3,32 2,5 8,36 1,8 0,3 0,2 2,6 9,21 14,47 6,57 8,33 5,57 3,86 1,99 1,44 2,00 2,83 1,42 2,40 1,53 1,50 2,00 1,93 1,44 3,83 1,19 0,24 0,24 1,63 1,77 1,10 1,03 1,50 0,85 1,08 0,59 0,98 1,59 1,15 3,6 0,72 0 0,07 0,07
commit to user
39 290,3 297,72 305,04 305,22 307,32 315,168 325,2 399,672 472,752 285,9 299,1 305,6 306,9 313,3 316,8 327,7 404,2 471,6 4,4 1,38 0,56 1,68 5,98 1,632 2,5 4,528 1,152 1,51 0,46 0,18 0,55 1,9 0,25 0,40 0,97 0,50 Rata-rata 2,14%Rata-rata Percentage Error (PE) sebesar 2,14 %, menunjukan persentasi rata-rata kesalahan hasil estimasi waktu potong pengembangan model matematis terhadap waktu aktual pemesinan yang dilakukan sebesar 2,14 %.
commit to user
40BAB V
SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN A. SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah diuraikan pada BAB IV dengan mengacu pada perumusan masalah, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Pendekatan lintasan potong digunakan untuk mengestimasi waktu potong. Dibantu dengan software AutoCAD, panjang lintasan alat potong atau cross feed akan semakin berkurang dengan pembuatan lintasan potong berdasarkan titik – titik yang berada dalam posisi terukur/terurut berdasarkan kedekatannya untuk menentukan peletakan titik pusat cutter/alat potong yang dilalui alat potong sehingga didapatkan lebar alur potong dan luas bidang potong yang besar.
2. Waktu pemotongan (Tc), dalam satuan menit, merupakan fungsi dari
ukuran benda kerja, kedalaman pemakanan, feed, dan kecepatan. Hasil formulasi matematis waktu potong dihitung tiap feature yang dibuat.
t l V
Tabel 9. Formulasi Matematis Waktu Potong dengan Pendekatan Panjang Lintasan Potong (l tiap Feature.
Feature Panjang Lintasan Potong
Slot l h a L a Pocket l h a p 4 . y a Hole l h a D D 2 2π u k. D D D 2 a
commit to user
41
Pembuatan lintasan alat potong didasarkan pada panjang lintasan yang dilalui alat potong, sebagai input sistemnya yaitu: lebar pemotongan efektif, tinggi material yang dipotong, lebar material yang dipotong, kedalaman pemakanan (depth of cut), dan diameter alat potong (cutter). 3. Hasil perhitungan dengan t-test pairwise comparison: two-sample
assuming unequal variances dua arah memperlihatkan H0 diterima, jika
-2,576 < t’ < -2,576, dan t’ = -0,085. Jadi, tidak ada perbedaan yang signifikan antara waktu pemesinan aktual dan hasil estimasi, sehingga formulasi matematis estimasi waktu potong dapat digunakan. Rata-rata Percentase Error (PE) sebesar 2,14 %, menunjukan persentasi rata-rata kesalahan hasil estimasi waktu potong pengembangan model matematis terhadap waktu aktual pemesinan yang dilakukan sebesar 2,14 %.
commit to user
42
B. IMPLIKASI
Berdasarkan kajian teori serta hasil penelitian, dapat dikemukakan implikasi secara teoritis maupun implikasi praktis.
1. Implikasi Teoritis
Di dalam penelitian ini menyelidiki bagaiman membuat lintasan alat potong yang paling efektif dan efisien pada proses end milling. Untuk meningkatkan efisiensi waktu pemotongan, dalam pembuatan lintasan alat potong selalu diinginkan lebar permukaan kontak yang besar, sehingga jarak antara lintasan alat potong (pahat interval) semakin besar. Dengan semakin besarnya jarak antar lintasan, maka jumlah lintasan alat potong cenderung semakin sedikit. Formulasi model matematis waktu potong dikembangkan pendekatan lintasan potong berdasarkan bentuk feature, geometri feature dan parameter pemotongan digunakan sebagai input sistem dan pengembangan model matematis.
2. Implikasi Praktis
Penelitian ini dapat digunakan sebagai pendukung dalam mempermudah aktivitas estimasi biaya produksi pada tahap awal pengembangan produk. Dengan pendekatan lintasan potong didapatkannya alur potong dan luas bidang potong yang besar, maka lintasan alat potong atau cross feed akan semakin berkurang atau sedikit, sehingga waktu pengerjaan juga akan semakin sedikit dan laju pelepasan material semakin cepat, sehingga proses pemesinan menjadi efisien. Minimalisasi pengerjaan menggunakan end milling dengan slot cut dan diameter alat potong kecil, untuk menghindari penggulangan operasi pemotongan karena sisa pemotongan yang terjadi. Rekomendasi parameter pemotongan (cutting speed, feed, jumlah tooth, tool life dan lainya) dan ukuran alat potong harus diperhatikan untuk mengoptimalisasi setiap operasi pemotongan.
commit to user
43
C. SARAN
Berdasarkan hasil penelitian yang diperoleh dan implikasi yang ditimbulkan, maka dapat disampaikan saran – saran sebagai berikut:
1. Perlu adanya penelitian lanjutan pengembangan model matematis estimasi waktu potong dengan pendekatan volume material terpotong. 2. Untuk penelitian selanjutnya yang sejenis sangat baik jika dikembangkan
estimasi waktu pemesinan untuk jenis operasi pemesinan yang berbeda (turn, drill, dan lain-lain) dengan feature (drill dan noth) yang lebih kompleks dan variasi ukuran feature yang lebih banyak.
3. Perlu adanya penelitian lanjutan untuk mengetahui ada atau tidaknya pengaruh jumlah mata sayat cutter, sudut mata sayat, dan tipe penyayatan awal (cut type) terhadap besarnya kecepatan pemakanan dan waktu potong (cutting time).
4. Penelitian tentang estimasi waktu proses pemesinan sangat luas, sehingga masih banyak diperlukan penelitian lebih lanjut seperti waktu setup, waktu pemotongan (cutting time) dan waktu non-productive (loading dan unloading benda kerja, pengukuran dan pergerakan tool), dan lain-lain. 5. Peralatan, perlengkapan, dan fasilitas laboratorium CNC yang memadai
harus diupayakan untuk mendapatkan hasil penelitian estimasi waktu pemesinan lebih akurat ataupun penelitian lainnya. Perlu perawatan yang baik terhadap fasilitas yang sudah ada di laboratorium CNC.
