ISSN : 0216-7492, e-ISSN : 2809-3410
Homepage: https://talenta.usu.ac.id/jd39 RANCANG BANGUN KONTROL MOTOR 3 AXIS
MENGGUNAKAN ARDUINO MEGA PADA UNIT MESIN CNC MILLING
Ahmad Yunus Nasution
Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara, Alamat Dr. T. Mansyur No. 9, Padang Bulan, Kec. Medan Baru , Kota Medan,
Sumatera Utara 20222, Indonesia
*Email: ahmadjunusa@usu.ac.id
Abstrak
Indonesia merupakan salah satu negara yang terdampak modernisasi yang dilatarbelakangi oleh perkembangan globalisasi yang pesat, Salah satunya adalah di bidang industri manufaktur.
(isgbinus, 2019). Arduino Mega 2560 adalah papan microcontroller berbasiskan Atmega 2560.
Arduino Mega 2560 ini memiliki 54 pin digital input / output, dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 16 pin sebagai input analog, dan 4 pin sebagai UART (port serial hardware), 16 MHz kristal osilator, koneksi USB, jack power, header ICSP, dan tombol reset.
Ini semua yang diperlukan untuk mendukung microcontroller. Metode pengumpulan data yang digunakan berupa Penelitian Lapangan (Field Reseach), Penelitian perpustakaan (Library Research), Penelitian Labor (Laboratory Research). Sistem control yang digunakan pada mesin CNC Milling adalah Arduino Mega 2560 sebagai pengatur dan kontroler dari keseluruhan perangkat sistem mesin CNC. Perangkat lunak pun dibutuhkan sebagai pendukung dalam sistem control CNC ini dimana sebuah software bernama Universal Code Sender (UGS) sebagai penghubung antara system control dengan mesin CNC.
Kata kunci : Modernisasi, Arduino, CNC Milling, Microcontroller
Abstract
Indonesia is one of the countries that imitates modernization, which is motivated by rapid technological developments, one of which is in the manufacturing industry. (isgbinus, 2019).
Arduino Mega 2560 is a microcontroller board based on Atmega 2560. Arduino Mega 2560 has 54 digital input/output pins, of which 15 pins can be used as PWM outputs, 16 pins as analog inputs, and 4 pins as UART (hardware serial port), 16 MHz crystal oscillator, USB connection, power jack, ICSP header, and reset button. This is all that is needed to support the microcontroller. The data collection method used was field research, library research, and laboratory research. The control system used on the CNC Milling machine is the Arduino Mega 2560 as the regulator and controller of all the CNC machine system devices. Software is also needed as a support in this CNC control system where a software called Universal Code Sender (UGS) acts as a link between the control system and the CNC machine.
Keywords : Modernization, Arduino, CNC Milling, Microcontroller Pendahuluan
1. Latar Belakang
Indonesia merupakan salah satu negara yang terdampak modernisasi yang dilatarbelakangi oleh perkembangan globalisasi yang pesat. Modernisasi ini berarti menuju pada suatu keadaan yang lebih baik.
Sehingga Indonesia dapat dikatakan sebagai Negara yang maju dalam bidang teknologi. Salah satunya adalah di bidang industri manufaktur. (isgbinus, 2019)
Industri manufaktur merupakan suatu perusahaan untuk mengelola bahan baku atau bahan yang masih mentah menjadi barang yang memiliki nilai jual. Perkembangan industri manufaktur di Indonesia mengalamai kenaikan yaitu sekitar 64 triliun untuk investasi. Industri manufaktur ini menjadi hal terpenting bagi pemerintah karena dapat menaikan investasi sebesar 30,4%.
40
Sebelum wabah Covid-19 pada Maret 2020, perkembangan manufaktur di Indonesia memiliki pertumbuhan yang cukup baik. Hal ini bisa dilihat dari Purchasing Manager’s Index (PMI) menunjukkan bahwa pertumbuhan tertinggi manufaktur Indonesia berada sejak tahun 2015. Sejak tahun 2020, peningkatan nilai investasi di Kementrian Perindustrian (Kemenperin) meningkat 44,7%.Salah satu mesin yang terdapat dalam industri manufaktur adalah mesin cnc milling. Mesin cnc milling adalah mesin yang menggunakan program komputer dalam pengerjaannya. Mesin ini menghasilkan suatu bentuk atau parts dalam waktu yang sangat cepat. Mesin ini dikontrol oleh sistem komputer sehingga hasil dari mesin ini memiliki tingkat kepresisian yang sangat tinggi.
Upaya untuk memiliki tingkat keefektifan dan keefisienan motor 3 Axis diperlukan suatu kontrol yang mampu didesain secara bervariasi tergantung desain dari programmer tersebut. Disamping itu perancangan ini bertujuan untuk mencari kontrol yang memiliki sifat ramah lingkungan serta memiliki nilai kekikinan (Modern). Untuk itu tercetus suatu ide dimana kontrol yang dapat didesain secara bervariasi tergantung pada desain dari programmer serta memiliki sifat ramah lingkungan adalah papan sirkuit yang bernama Arduino Mega.
1. Rumusan Masalah
Jenis kontrol motor 3 axis pada mesin cnc milling memiliki perananan penting karena berperan dalam mengontrol arah saat melakukan pekerjaan pada benda kerja dan meningkatkan waktu dalam pekerjaan.
Permasalahan utama dari kontrol 3 axis mesin cnc milling adalah penanganan bagaimana kontrol mesin cnc milling memiliki tingkat keefektifan dan keefisienan yang tinggi dalam pengerjaannnya. Salah satu penanganan tersebut yaitu dapat mengatur pergerakan dari motor dengan mudah. Kesulitan dalam kontrol yang lama biasanya terjadi saat mengatur program pergerakan dari motor 3 axis. Sejauh ini belum ada solusi yang ditemukan dalam mempermudah pengaturan pergerakan motor. Disamping itu, ketika kontrol mesin cnc milling ini rusak dan tidak dapat diperbaiki lagi sehinggga membutuhkan spare part yang baru, maka akan mengalami kesulitan untuk mencarinya karena spare part tersebut sudah sangat jarang dijual di pasar.
2. Urgensi Permasalahan Prioritas
Melihat terlantarnya mesin CNC VMC-100 yang telah lama mengalami kerusakan membuat mahasiswa tidak bisa melakukan pembelajaran tentang mesin CNC. kurangnya ilmu pengetahuan tentang mesin CNC VMC-100 tersebut di buatlah penelitian untuk membuat mesin CNC VMC-100 dapat beroperasi kembali dengan memakai Arduino Mega 2560. Kegiatan ini juga bertujuan agar mahasiswa dapat mengetahui sistem kerja dari mesin CNC VMC-100 yang telah dibangun ulang.
3. Tujuan Khusus
Sesuai dengan rumusan permasalahan yang telah dipaparkan, tujuan khusus dari penelitian ini dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Melakukan peningkatan tingkat keefektifan dan keefisienan dalam proses 2. Mendapatkan desain kontrol motor 3 axis yang ramah lingkungan 3. Menciptakan desain yang lebih kekinian (Modern)
Teori
Mesin cnc milling merupakan mesin yang berfungsi untuk mengebor atau mengikis benda kerja dengan tujuan untuk membentuk benda kerja sesuai dengan desain yang telah dibuat. Masalah dalam mesin ini adalah berkaitan dengan sistem kontrol motor 3 axis dimana sistem kontrol bawaan masih belum dapat bekerja secara efektif dan efisien.
Mesin penggilingan awalnya diciptakan untuk mempercepat tangan-filing. Mesin ini pertama kali muncul di awal 1800-an (1814-1818), Mesin ini masih belum memiliki tiga sumbu gerakan seperti yang ada pada saat ini, tetapi lebih mirip pada mesin bor tekan, Pada tahun 1861, Brown dan Sharpe menciptakan suatu terobosan terhadap penggilingan mesin, Yang dapat bekerja secara kompleks dan dengan memiliki 3 sumbu. Dari sini, teknologi penggilingan mulai berkembang dan tingkat akurasi dari mesin juga semakin tinggi. Saat itu mesin ini banyak digunakan untuk membuat peralatan perang. Perkembangan ini berlanjut kepada periode pasca perang.
Pada tahun 1936, Rudolph Bannow mengembangkan mesin tersebut menjadi lebih ringan, lebih murah dan lebih mudah digunakan daripada banyak mesin penggilingan di pasar pada saat itu, dan menjadi sebuah kesuksesan tersendiri dari diri Rudolph Bannow.
Sejak 1950, NC (Numerical Control) akhirnya dipindahkan dari laboratorium ke toko permesinan (bengkel bubut), juga terdapat teknisinya tersendiri. Pada awalnya, numerical control hanya digunakan dalam aplikasi ruang angkasa, dimana menciptakan profil airfoil dan sayap yang kompleks. Namun mesin ini tampak sulit untuk digunakan dalam pembuatan perlengkapan untuk keperluan ruang angkasa.
41
Sehinggga hal ini membuat mesin dialihkan penggunannya untuk fungsi yang lain, sehingga dijadikan sebuah alat bernama mesin CNC (Computer Numerical Control) di tahun 60-an dan 70-an ketika metode penyimpanan dan masukan data mulai tercipta.Sejak itu, teknologi penyimpanan data, komputasi dan alat-alat mesin terus meningkat. Hingga saat ini kita dapati mesin CNC yang sudah canggih dan dapat mengerjakan spesimen dengan ukuran yang bbesar serta membentuk spesimen dengan bentuk yang kompleks.
1. Arduino
Arduino adalah nama keluarga papan mikrokontroler yang awalnya dibuat oleh perusahaan smart projects. Salah satu tokoh penciptanya adalah Massimo banzi. Papan ini merupakan perangkat keras yang bersifat “open source” sehingga boleh dibuat siapa saja.Arduino dibuat dengan tujuan untuk memudahkan
Gambar 1. Arduino Mega 2560
eksperimen atau perwujudan berbagai peralatan yang berbasis mikrokontroler. Untuk mengendalikan arah dan gerak putar dari motor spindel di butuhkan mikrokontroler sebagai pemberi perintah yang di lakukan oleh motor. Mikrokontroler adalah sebuah komputer kecil yang dikemas dalam bentuk chip IC (Integrated Circuit) dan dirancang untuk melakukan tugas atau operasi tertentu.(Khidir syah,2022)
2. Spesifikasi Arduino
Komponen Spesifikasi
Chip mikrokontroller ATmega2560
Tegangan operasi 5 V
Tegangan input (yang direkomendasikan, via jack DC)
7V - 12V Tegangan input (limit, via jack DC) 6V - 20V
Digital I/O pin 54 buah, 6 diantaranya menyediakan PWM
output
Analog Input pin 16 buah
Arus DC per pin I/O 20 mA
Arus DC pin 3.3V 50 mA
Memori Flash 256 KB, 8 KB telah digunakan untuk
bootloader
SRAM 8 KB
EEPROM 4 KB
Clock speed 16 Mhz
Dimensi 101.5 mm x 53.4 mm
Berat 37 g
Tabel 1. Spesifikasi Arduino Mega 2560
Arduino Mega 2560 adalah papan microcontroller berbasiskan Atmega 2560. Arduino Mega 2560 ini memiliki 54 pin digital input / output, dimana 15 pin dapat digunakan sebagai output PWM, 16 pin sebagai input analog, dan 4 pin sebagai UART (port serial hardware), 16 MHz kristal osilator, koneksi USB, jack power, header ICSP, dan tombol reset. Ini semua yang diperlukan untuk mendukung microcontroller.
42
Cukup dengan menghubungkannya ke komputer melalui kabel USB atau power dihubungkan dengan adaptor AC – DC atau baterai untuk mulai mengaktifkannya. Arduino Mega 2560 kompatibel dengan sebagian besar shield yang dirancang untuk Arduino Duemilanove atau Arduino Diecimila. Arduino Mega 2560 adalah versi terbaru yang menggantikan versi Arduino Mega.3. Catur Daya
Arduino Mega dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan Catu daya Eksternal. Sumber listrik dipilih secara otomatis. Eksternal (nonUSB) daya dapat dating baik dari AC-DC adaptor atau baterai.
Adaptor ini dapat dihubungkan dengan cara menghubungkannya plug pusat-positif 2.1 mm ke dalam board penghubung listrik. Lead dari beterai dapat dimasukkan ke dalam header pin GND dan Vin dari konektor Power.
Bord dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6-20 volt. Jika diberikan dengan kurang dari 7V, bagaimanapun pin 5V dapat menyuplai kurang dari 5 Volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12 Volt, regulator tegangan bias panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7-12 Volt. Pin catu daya adalah sebagai berikut :
1. VIN. Tegangan input ke papan Arduino ketika menggunakan sumber daya eksternal (sebagai lawan 5 volt dari koneksi USB atau sumber daya diatur lainnya). Anda dapat menyediakan tegangan melalui pin ini, atau, jika memasok tegangan melalui colokan listrik, mengaksesnya melalui pin ini.
2. 5V. Catu daya yang diatur digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen lain di papan tulis. Hal ini dapat datang baik dari VIN melalui regulator on-board, atau disediakan oleh USB atau suplai 5V diatur lain.
3. 3V3. Sebuah pasokan 3,3 volt yang dihasilkan oleh regulator on-board. menarik arus maksimum adalah 50 mA.
4. GND. Ground pins.
4. Memory
Atmega 2560 memiliki 256 KB dari memori flash untuk menyimpan kode (8 KB digunakan untuk bootloader), 8 KB dari SRAM dan 4 KB EEPROM (yang dapat dibaca dan ditulis dengan perpustakaan EEPROM).
5. Input dan Output
Masing-masing dari 54 pin digital pada Mega dapat digunakan sebagai input atau output, menggunakan pinMode (), digitalWrite (), dan digitalRead () fungsi. Mereka beroperasi di 5 volt. Setiap pin dapat memberikan atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal yang (terputus secara default) dari 20-50 KOhms. Selain itu, beberapa pin memiliki fungsi khusus:
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) dan 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) dan 16 (TX); Serial 3: 15 (RX) dan 14 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan mengirimkan data serial (TX) TTL. Pin 0 dan 1 juga terhubung ke pin dari ATmega8U2 USB-to-TTL Chip Serial.
1. Interupsi Eksternal: 2 (mengganggu 0), 3 (mengganggu 1), 18 (interrupt 5), 19 (interrupt 4), 20 (interrupt 3), dan 21 (interrupt 2). Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu interupsi pada nilai yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau perubahan nilai. Lihat attachInterrupt () fungsi untuk rincian.
2. PWM: 0 13. Memberikan output PWM 8-bit dengan fungsi analog Write ().
3. SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS). Pin ini mendukung komunikasi SPI menggunakan perpustakaan SPI. Pin SPI juga pecah pada header ICSP, yang secara fisik kompatibel dengan Uno, Duemilanove dan Diecimila.
4. LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin tinggi nilai, LED menyala, ketika pin rendah, itu off.
5. I2C: 20 (SDA) dan 21 (SCL). Dukungan I2C (TWI) komunikasi menggunakan perpustakaan Kawat (dokumentasi di website Wiring). Perhatikan bahwa pin ini tidak di lokasi yang sama dengan pin I2C pada Duemilanove atau Diecimila.
Metodologi Penelitian
Dalam menghasilkan penelitian yang berkelanjutan, perlu disusun sebuah peta jalan penelitian yang fungsinya untuk memastikan kelanjutan pengembangan teknologi mulai dari konsep awal, prototipe, hingga penerapannya pada khalayak sasaran. Peta jalan penelitian ini diperlihatkan pada Gambar 2
43
Gambar 2. Peta Jalan Penelitian
Selain peta jalan, diperlukan pula data yang akurat dan dapat digunakan serta diolah menjadi suatu informasi untuk mendukung penulisan penelitian. Sehubungan dengan hal tersebut, penulis memerlukan cara yang tepat untuk mempermudah pelaksanaan pengumpulan data tersebut. Dalam hal ini penulis melakukannya dengan cara sebagai berikut:
1. Penelitian Lapangan (Field Reseach)
Penelitian Lapangan yaitu Usaha yang dilakukan penulis dalam rangka memperoleh data primer dan sekunder dengan pihak-pihak yang dapat memberikan informasi mengenai penelitian ini diantaranya dengan: Observasi, yaitu Teknik pengumpulan data dimana penelitian dilakukan secara langsung oleh penulis pada objek penelitian untuk mendapatkan gambaran yang lebih nyata dalam pembahasan masalah ini.
2. Penelitian perpustakaan (Library Research)
Peneltian Kepustakaan merupakan metode pengumpulan data berdasarkan buku-buku yang berkaitan dengan sumber data tertulis lainnya yang ada di perusahaan, yang berhubungan dengan pokok bahasan tugas akhir ini dan dijadikan sebagai dasar perbandingan antara data yang penulis dapatkan di lapangan.
Penelitian akan dilaksanakan di Laboratorium CNC CAD/CAM, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.
3. Penelitian Labor (Laboratory Research)
Metode ini dilakukan untuk menguji konsep yang ada dengan menggunakan alat yang sesuai.
Penelitian akan dilaksanakan di Laboratorium CNC CAD/CAM, Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bahan dan peralatan yang dibutuhkan untuk merancangbangun Kontrol Motor 3 Axis menggunakan Arduino Mega pada unit mesin CNC Milling ini diperlihatkan pada Tabel 2.
BAHAN
No. Nama bahan Jumlah Spesifikasi
44
1 Arduino Mega 1 mikrocontroller Arduino Mega 2560 R32 Power Supply AC 1 Power Supply AC 220V/50HZ 3 Power Supply DC 1 Power Supply DC 24V 10 A
4 Driver 3 DM860H 2H Microstep Driver
5 Motor Listrik Steper 3 RDN 596 / 50
6 Sensor 3 Proxymity sensor
7 MCB 1 MCB 1 Phase AC
8 Terminal 1 Terminal Penghubung Listrik
9 Kabel 1 NYY 1.5 mm
PERALATAN
No. Nama bahan Jumlah Fungsi
1 Voltmeter 1 Mengukur tegangan DC dan AC pada sistem refrigerasi.
2 Clampmeter 1 Mengukur arus listrik DC dan AC pada sistem refrigerasi.
Tabel 2. Bahan dan peralatan yang dibutuhkan
3. Rancangan Penelitian
Gambar 3 menampilkan desain kotak refrigerasi ikan disertai dengan skema sistem DC sebagai sumber tenaga. Putaran motor perahu disimulasikan menggunakan elektro motor agar dapat memutar alternator untuk mengisi daya ke baterai. Selanjutnya melalui perangkat inverter, tegangan output DC 12V dari baterai dikonversikan menjadi tegangan input AC 220V yang dibutuhkan untuk menghidupkan kompresor dari unit kotak refrigerasi ikan.
(a) (b)
45
(c) (d)
Gambar 4. (a) Desain Sistem Arduino; (b) Stetsa Mesin CNC VMC 100; Sketsa Ragum CNC; (d) Sistem DC
Hasil
Objek penelitian kali ini merupakan sistem kontrol yang menggunakan perangkat keras dan lunak, dan bagaimanacara agar perangkat keras dan perangkat lunak itu dapat saling terhubung satu sama lain menjadi suatu sistem kontrol pada mesin CNC (Computer Numarical Control). Sistem kontrol CNC ini dibangun menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai pengatur dan kontroler dari keseluruhan perangkat sistem mesin CNC. Perangkat lunak pun dibutuhkan sebagai pendukung dalam sistem control CNC ini dimana sebuah software bernama Universal Code Sender (UGS) untuk mematikan dan menghidupkan mesin CNC, membuka/menutup katup angin dan oli membuka pintu, menggeser ragum, menaik turunkan pahat, dan lainya secara otomatis untuk digunakan oleh pengguna. Gambar telah dikonversikan dalam bentuk gcode dimasukkan ke software tersebut untuk menjalankan mesin CNC.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil dari sisem control CNC VMC 100 berbasis Arduino Mega 2560 yang telah dibangun, maka dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Sistem kontrol ini dapat berjalan dengan baik, yaitu dengan menggunakan Arduino Mega 2560 sebagai kontroler dari keseluruhan sistem pada alat yang telah dibangun.
2. Mesin CNC VMC 100 terhuung dengan baik dengan software Universal Gcode Sender (UGS) dan mesin mampu membuat bentuk sesuai gambar yang telah dikonversikan ke gcode.
Daftar Pustaka
[1] R. Purbaya, “Aplikasi Motor Stepper Pada Alat Pencetak Bangun Ruang Tiga Dimensi untuk Peleburan Filament Pada Motor Extruder,” Politek. Negeri Sriwij., vol. 2560, pp. 5–31, 2017.
[2] D. Rahdyanta, “Bagian-Bagian Utama Mesin Milling Cnc (Emco Cnc Vmc-100/200),” no. Dc, pp.
1–7.
[3] A. Virginia, P. Handoko, and H. Hermawan, “Rancang Bangun Sistem Kontrol Lampu Berbasis Arduino Mega 2560,” Widyakala J., vol. 5, no. 2, p. 146, 2019, doi: 10.36262/widyakala.v5i2.110
