5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Mesin CNC (Computerized Numerical Control)
Mesin CNC adalah sebuah mesin yang dilengkapi dengan sistem penggerak berbasis komputer dimana komputer akan memberikan kode berupa NC Code yang akan diterjemahkan dan bekerja sesuai dengan program yang diberikan.
Sebuah mesin CNC mengambil kode dari komputer dan mengkonversi kode menggunakan software menjadi sinyal listrik. Sinyal-sinyal dari komputer kemudian digunakan untuk mengendalikan motor, karena motor dapat mengubah jumlah yang sangat kecil mesin ini mampu bergerak dalam gerakan-gerakan yang sangat tepat lagi dan lagi. 3-axis mesin CNC; mesin ini saat ini memiliki berbagai ukuran di pasar terbuka (Deshpande, 2018).
Mesin CNC akan bekerja secara otomatis sesuai dengan instruksi yang diberikan oleh komputer dan akan memotong dengan tingkat akurasi yang tinggi.
2.2 Sistem Persumbuan Mesin CNC
Konstruksi mesin CNC secara umum lebih baik serta memiliki komponen yang lebih teliti dibandingkan mesin konvensional. Komponen mesin CNC yang dapat dikontrol gerakkannya antara lain sumbu mesin (mesin axis), spindle, collant, tool changes dan lain-lain. Sumbu mesin dapat bergerak secara bersamaan antara sumbu X, Y dan Z. Pergerakkan mesin ini dirancang terkordinir untuk mendapatkan lintasan tertentu sehingga dapat dinamakan sumbu yang berkesinambungan atau sumbu kontur (conturing axis).
6 Untuk mesin bubut, karena sumbu poros utamanya mendatar, maka sumbu Z adalah sumbu memanjang dari alas mesin bubut, sedang sumbu X adalah arah yang melintang. Sistem persumbuan pada mesin CNC diatur berdasarkan standar ISO 841 dan DIN 66217.Sumbu Z adalah sumbu referensi dan selalu diorientasikan sebagai sumbu poros utama. Untuk mesin frais vertikal, posisi sumbu Z adalah tegak, sumbu Y arah melintang dari meja,dan sumbu X adalah arah memanjang meja.
Gambar 2. 1 Kaidah Tangan Kanan Sumber : Firsa dkk, 2017 2.3 Plasma Cutting
Plasma adalah suatu bentuk fase zat ke-4 setelah fase padat, cair, dan gas.
Jika ditambah dengan kalor, es akan berubah wujud dari padat ke cair, dan jika diberikan kalor yang berlebih maka zat cair tersebut akan berubah menjadi uap.
dan jika Uap ditambah kalor lagi maka akan berubah menjadi wujud plasma.
(Akhmad, 2009)
Gambar 2. 2 Tingkatan fase molekul pada air dalam beberapa kondisi Sumber :Akhmad, 2009
7 Mesin plasma cutting adalah mesin yang memotong pelat dengan menggunakan sinar plasma dan dengan teknologi CNC. Biasanya mesin plasma cutting beroperasi dengan menggunakan gas dan asitilen. Namun dalam rancang bangun ini digunakan kompresor sebagai alat bantu intuk membuat busur api.
Dalam pengaplikasiaannya, kompresor akan dihubungkan ke mesin plasma dan bekerja dengan cara mengatur tekanan angin yang keluar sesuai dengan kebutuhan pelat yang akan dipotong.
Prinsip dasar Plasma Cutting ialah menggunakan listrik untuk memanasi udara dengan sangat tinggi hingga pada titik plasma (panas diatas ribuan derajat celcius) yang kemudian ditiup melalui logam yang akan dipotong. Mesin Plasma Cutting sangat sederhana dan hanya memerlukan pasokan udara yang dipadatkan dan stop kontak listrik AC untuk beroperasi.
Dalam proses kerja mesin plasma cutting, suatu gas invert ditiup dengan kecepatan yang tinggi dari nozel, dan pada saat bersamaan busur listrik terbentuk melalui gas dari nozel ke permukaan yang hendak dipotong, kemudian sebagian gas tersebut berubah menjadi plasma panas untuk mencairkan logam dan bergerak sehingga logam terpotong.
2.4 Konstruksi Mesin CNC Plasma Cutting dan Keunggulan Mesin 2.4.1. Kostruksi Mesin CNC Plasma Cutting
Konstruksi Mesin CNC Plasma Cutting tidak berbeda dengan mesin CNC plasma cutting pada umumnya diantaranya.
8 a. Komponen Penyusun
1. Besi Hollow Galvanis
Besi Hollow adalah besi yang digunakan sebagai rangka utama dari mesin CNC Plasma dengan ukuran 4 x 6 mm.
Gambar 2. 3 Besi hollow Galvanis Sumber: https://i1.wp.com/rooma.id/
2. Besi Pelat 4 mm
Besi pelat adalah besi yang digunakan sebagai bahan pembuatan gantry sumbu X, Y dan Z dan ketebalan 4 mm.
Gambar 2. 4 Besi Pelat 4 mm Sumber: https://images.app.goo.gl/
3. Timing Belt
Timing Belt berfungsi sebagai alat yang menyalurkan putaran motor ke body mesin untuk menggerakkan sumbu X dan Y .
Gambar 2. 5 Timing Belt
Sumber : www/timing belt mesin cnc - Bing images
9 4. Pulley 60
Pulley adalah komponen yang digunakan untuk menstransmisikan daya dari motor ke belt.
Gambar 2. 6 Pulley
Sumber: https://www/RC Hobby|Robotics 5. Bearing
Bearing adalah bantalan yang digunakan untuk menyangga linier screw dan untuk mengurangi gaya gesek yang terjadi pada belt. bearing yang digunakan adalah 608ZZ.
Gambar 2. 7 Bearing Sumber: www.Bearing robu.in 6. Lead Screw
Mengubah gerak rotasi menjadi gerak linier sumbu Z.
Gambar 2. 8 Lead Screw
Sumber: www.Leadscrew Online robu.in
10 2. Baut, Ring dan Mur
Baut adalah sebuah komponen yang berfungsi untuk mengunci suatu benda supaya tidak mudah lepas. Bentuk komponen yang satu ini beragam begitu juga dengan jenisnya. Sehingga kita membutuhkan obeng atau alat yang sesuai supaya bisa melepasnya.
Gambar 2. 9 Baut
Sumber : www.baut - Bing images.com Ring berfungsi sebagai penguat ikatan antara mur dan baut.
Gambar 2. 10 Ring
Sumber :www. ring baut-Bing images.com
Mur adalah pelat logam yang memiliki lubang berulir, dan berfungsi untuk menguatkan baut.
Gambar 2. 11 Mur
Sumber : www. mur baut - Bing.com
11 b. Komponen Kelistrikan
1. Push button switch, Limit switch dan Emergency Stop
Push button switch (saklar tombol tekan) adalah perangkat/ saklar sederhana yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dengan sistem kerja tekan unlock (tidak mengunci). Sistem kerja unlock disini berarti saklar akan bekerja sebagai device penghubung atau pemutus aliran arus listrik saat tombol ditekan, dan saat tombol tidak ditekan (dilepas), maka saklar akan kembali pada kondisi normal/semula (Ardiansyah dkk, 2013).
Gambar 2. 12 Push Button Switch Sumber: www. radioshack.com
Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang berfungsi menggantikan tombol. Limit switch termasuk dalam tipe sensor mekanis yaitu sensor yang akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi perbuahan mekanik pada sensor tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu benda yang bergerak.
Gambar 2. 13 Sensor Limit Switch Sumber: OMC-stepperonline.com
12 Emergency Stop merupakan jenis saklar yang apabila di tekan akan terkunci dan untuk melepasnya harus diputar, disebut emergency stop untuk memudahkan pengguna mengetahui fungsi saklar ini yaitu untuk mematikan sistem secara darurat. Emergency stop memiliki 2 kondisi yaitu Normally Close (NC) dan Normally Open (NO). (Farisy dkk, 2021)
Gambar 2. 14 Emergency Stop Sumber: radioshack.com 2. Board Mach3
Board Mach3 adalah card elektronik yang berfungsi menghubungkan sinyal data dari komputer dengan cara menghubungkan sinyal dari komputer ke driver dan input data dari luar agar bias dibaca oleh komputer. Board Mach3 bekerja dengan menggunakan software Mach3.
Gambar 2. 15 Board Mach3
Sumber: www.Interface MACH3.Robotics.com 3. Motor Stepper Nema 23
Motor stepper adalah motor yang dapat mengubah pulsa listrik menjadi gerakan motor yang disebut step (langkah). Dalam satu putaran motor memerlukan 360° dengan jumlah step tertentu per-derajatnya.
13 Motor stepper yang digunakan adalah nema 23 karena spesifikasi torsi nema 23 sudah sesuai dengan beban mekanik dari mesin CNC plasma yang dibutuhkan.
Gambar 2. 16 Motor Stepper Nema 23 Sumber: www. Nema23 stepper motor .com 4. Driver Motor DM556
Untuk menggerakan motor stepper diperlukan driver untuk mengatur pulsa yang masuk lalu pulsa tersebut akan mengatur gerakan dari motor stepper dan berfungsi untuk menerima sinyal dari mach3 dan menerjemahkannya dengan cara memberikan tegangan dan frekuensi tertentu.
Gambar 2. 17 Driver Motor
Sumber: www.TB6600 Motor Driver robu.in.com
14 5. Control Box
Berfungsi sebagai penyimpanan alat-alat kelistrikan yang merupakan bak kontrol mesin CNC yang berisikan tombol-tombol dan saklar yang digunakan untuk mengendalikan gerakan-gerakan mesin CNC.
Gambar 2. 18 Control Box Sumber: Dokumentasi pribadi 6. Soket
Berfungsi sebagai penyambung kabel listrik
Gambar 2. 19 Soket
Sumber: www.soket kabel-Bing images.com 7. Power Supply
Power Supply berfungsi merubah tegangan AC menjadi tegangan DC.
Daya yang dihasilkan oleh power supply ini dijaga konstan agar memberikan suplai yang optimal bagi motor dan spindle.
Gambar 2. 20 Power Supply Sumber: www.circuit specialist.com
15 8. Kabel AWG 4
Sebagai penghantar listrik.
Gambar 2. 21 Kabel AWG 4 Sumber: Dokumentasi pribadi c. Komponen Inti
1. Komputer
Sebagai perangkat yang digunakan untuk mengendalikan pemrograman NC yang di dalamnya terdapat software Aspire dan Mach3 untuk menginput data untuk menerjemahkan menjadi bahasa NC code dan mengirimkan sinyal ke controller yang nantinya akan memotong pelat.
Gambar 2. 22 Komputer Sumber: komputer - Bing images.com
16 2. Kompresor
Berfungsi sebagai penyuplai angin bertekanan tinggi ke inverter plasma.
Gambar 2. 23 Kompresor Sumber: Kompresor-Bing images.com 3. Redbo Cut 40
Berfungsi sebagai alat untuk memotong besi pelat. Dalam pengaplikasiannya Redbo Cut 40 hanya menggunakan tenaga angin dari kompresor untuk pemotongannya. Hasil pemotongan juga lebih halus, lebih rapih dan lebih bersih.
Gambar 2. 24 Redbo Cut 40
Sumber: Mesin las potong plasma cut 40 A.com
17 2.4.2. Software Pemrograman NC
Shoftware yang digunakan adalah Mach3, Aspire dan SheetCAM
Mach 3
Adalah suatu software yang dapat mengubah komputer biasa menjadi pengendali mesin CNC. Software Mach3 dapat bekerja pada komputer windows untuk mengendalikan motor stepper atau servo dengan cara mengolah terlebih dahulu kode pemrograman G-code.
Mach3 dapat mengkonversi suatu gambar rancangan dari software gambar menjadi kode pemrograman G-Code yang kemudian akan digunakan sebagai pengendali mesin untuk menggerakkan mesin CNC pada setiap sumbunya. bukan hanya milling dan bubut, Mach3 juga dikembangkan untuk beberapa mesin CNC lainnya seperti plasma cutting CNC, EDM wire cut, water jet, dan laser.
Gambar 2. 25 Tampilan awal Mach3 Sumber: dokumentasi pribadi
18
Sheet CAM
Merupakan software yang digunakan untuk mengontrol mesin CNC Plasma selama proses manufaktur.
Gambar 2. 26 Tampilan awal Sheet CAM Sumber: https://de.industryarena.com/
VCarve
Untuk memberikan gambar 3D terhadap pola yang nantinya akan dipotong.
Gambar 2. 27Gambar 2. 27 tampilan awal VCarve Sumber: Dokumentasi pribadi
2.5 Keunggulan Mesin CNC Plasma Cutting yang Menggunakan Redbo
Hasil pemotongan lebih akurat. Karna dikombinasikan menggunakan mesin
CNC Plasma dan juga menggunakan motor stepper dimana gerakannya dapat diatur sesuai dengan apa yang kita inginkan.
Tidak perlu memakai gas asetilen.
Plasma ini hanya membutuhkan konsumsi listrik sebagai bahan bakar.
Hanya menggunakan compressor angina.
Sebagai tenaga dorong untuk pemotongannya.
Hasil pemotongan lebih halus, rapih dan bersih.
19
Kecepatan potong yang konstan sehingga hasil cutting yang dihasilkan lebih halus.
Cocok untuk pemotongan besi dan stainless steel.
2.6 Dasar-dasar Rancang Bangun Perencanaan Daya Motor
Dalam perancangan mesin CNC Plasma Cutting perlu diketahui terlebih dahulu daya motor yang akan digunakan dengan mengunakan rumus:
Dengan:
ɷ = Rotasi / menit atau rpm Np = Step / putaran (pulsa/rotasi) pps = Pulsa per detik
Untuk mengetahui ketelitian motor yang direncanakan:
σ = °/pulse σ = × 360°
σ = × 360°
σ = 1,8°/pulse
Torsi yang dapat dihasilkan oleh motor stepper dapat dihitung berdasarkan perbandingan daya kerja motor terhadap kecepatan putarannya atau dapat dirumuskan sebagai berikut:
20 dengan:
τ = Torsi dalam satuan (Newton meter) P = Daya kerja motor dalam satuan (Watt)
ɷ = Kecepatan perputaran motor dalam satuan (rpm)
Untuk mengetahui beban yang terbeban oleh motor stepper, perlu diketahui volume beban tersebut sebagai berikut:
V = p x l x t Keterangan:
V= Volume benda p= Panjang benda l = Lebar benda t = Tebal benda
Kemudian mencari massa beban yaitu sebagai berikut:
m = V x ρ Keterangan:
ρ = berat jenis benda m = Massa benda V = Volume benda
Dan untuk mengetahui total beban adalah sebagai berikut:
mtotal = m2 + m2 + m3+…
21 Gaya berat yang bekerja terhadap motor dapat dituliskan dengan:
F = m.g (Newton)
dengan:
m = Massa dalam satuan (kg) g = Percepatan gravitasi (m/s²)
Torsi yang dapat dihasilkan oleh motor stepper dapat dihitung atau dapat dirumuskan sebagai berikut:
T= F.r
T = Torsi dalam satuan (Newton meter) F = Gaya
Untuk mengetahui daya motor stepper adalah dengan menghitung kecepatan sudut (ω ) terlebih dahulu,
ω=
dengan:
ω = Kecepatan sudut (rad/detik) n = Kecepatan putar (rpm)
Sehingga dapat ditentukan daya motor : P = T . ω
22 2.7 Autodesk Fusion 360
Gambar 2. 28 Tampilan Awal Autodesk Fusion Sumber: www.oneteam.it/prodotto/fusion-360/.com
Fusion 360 adalah software sangat ideal untuk pekerjaan desain teknis dimana rancangan dan simulasi bisa dilakukan dengan mudah tanpa khawatir akan terjadi kesalahan baik itu dalam proses rancangan. Perancangan alat dengan modifikasi menggunakan software Fusion 360 mendukung proses fabrikasi alat produksi asap cair, sehingga didapatkan hasil yang maksimal dari proses pirolisis baik secara kuantitas dan kualitas. (Afrah dkk, 2020).
Selain itu Autodesk Fusion 360 ini juga dilengkapi dengan kemampuan CAE dimana fungsi dari CAE adalah untuk melakukan analisa Engineering seperti Stress Analysis, Modal Frequency Analisys, Buckling Test, Thermal Analysis, dan lain sebagainya. Untuk melengkapi luaran dari desain yang telah dibuat di Fusion 360 tersedia pula fitur untuk membuat gambar kerja dari setiap part/assembly yang telah didesain. (Anggraini, 2020)
2.8 Proses Manufaktur
Proses manufaktur merupakan suatu proses pembuatan benda kerja dari bahan baku sampai barang jadi atau setengah jadi dengan atau tanpa proses tambahan.
23 (Budiarto, 2015). Suatu produk dapat dibuat dengan berbagai macam cara tergantung dengan pemilihan caranya.
a. Jumlah Produk
Jumlah produk sangat mempengaruhi cara buat produk tersebut. Semakin banyak produk maka maka semakin perlu dipertimbangkan cara yang lebih ekonomis untuk memproduksi produk tersebut.
b. Kualitas Produk
Kualitas juga harus dipertimbangkan dimana dalam memproduksi suatu produk perlu diperhatikan kualitas dari produk tersebut.
c. Fasilitas Produksi
Fasilitas produksi dapat mempengaruhi kualitas dan kuantitas produk.
d. Penyeragaman (Standarisasi)
Dalam memproduksi suatu produk perlu dilakukan penyeragaman dari segi komponen atau elemen dan harus meiliki sifat mampu tukar.
Proses manufaktur dalam suatu produk dimulai dari proses pengecoran, lalu proses pembentukan, proses pemotongan, proses perakitan, perlakuan fisik dan terakhir proses pengerjaan akhir.
