BAB II KONTROL NUMERIK
C. KARAKTERISTIK MESIN PERKAKAS CNC MODERN
Pemesinan benda kerja (Work part) pada mesin perkakas CNC membutuhkan pengontrolan dan pengyesuaian kecepatan persumbuan dalam proses pemakanan yang dijalankan oleh motor servo yang independen satu sama lain. Handwheels yang khas dari peralatan mesin konvensional oleh karena itu tidak berguna dalam mesin perkakas modern..
Mesin bubut CNC (lihat Gambar 2.3) memiliki setidaknya memiliki 2 sumbu yang dapat dikontrol atau disesuaikan yang ditandai sebagai X dan Z.
Mesin CNC- Milling (lihat Gambar 2.4) di sisi lain memiliki setidaknya 3 sumbu putar yang dapat dikontrol atau disesuaikan yang ditandai sebagai X, Y, Z. Selain gerakan linier sepanjang sumbu X, Y dan Z, dimungkinkan untuk mengendalikan rotasi di sekitar masing- masing sumbu.
23
Gambar 2. 3 Sumbu yang dapat Dikontrol NC pada Mesin Bubut Otomatis
Gambar 2. 4 Sumbu yang dapat Dikontrol NC pada Mesin Milling
Sumbu rotasi terkontrol ini ditandai dengan A, B dan C (lihat Gambar 2.5).
Gambar 2. 5 Sumbu Rotasi dan Feed Pada Sistem Koordinat Kartesius
Seringkali diperlukan sumbu feed yang dapat di kontrol. Ini kemudian ditandai sebagai U, V, W. Selain itu ada sumbu rotasi yang dapat diatur di sekitar meja mesin, stock head dan dudukan tool dapat berputar bebas dari sumbu feed. Mereka ditandai sebagai A, B dan C.
Alat yang dibutuhkan dan pembawa benda kerja digerakkan oleh feed drive . Drive feed yang memenuhi persyaratan tertinggi karena presisi mesin dan iterasi tinggi. Gerakan sumbu individu harus dilakukan dengan kecepatan feed maksimum dan waktu penempatan
24
minimum. Untuk memenuhi kebutuhan ini, sebuah feed drive modern (lihat Gambar 1.6) terdiri dari komponen berikut:
o Motor, roda gigi mekanis pelawan kelebihan beban serta kontrol elektronik o sekrup bola (ball screw) untuk transfer daya bebas dari kelonggaran.
o Sensor sebagai sistem pengukur path, kebanyakan terletak pada ujung bebas sumbu.
o power amplifier dengan interfaces analog atau digital untuk kontrol CNC .
feed drive ball screw
work table ball screw nut
measuring system
Gambar 2. 6 Feed Drive untuk Carrier dengan Ball Screw Drive
Untuk penempatan posisi yang tepat, feed drive terhubung dengan fasilitas pengukuran. Setiap sumbu mesin CNC yang dapat dikontrol membutuhkan sistem pengukur path dengan interpretasi otomatis dari sinyal pengukur. Resolusi yang paling sering digunakan untuk mengukur panjang adalah 0,001 mm, namun untuk sumbu X mesin bubut (dimensi diameter) 0.0005 dan untuk mesin gerinda presisi sampai 0.0001 adalah kebiasaan
Perwujudan ukuran biasanya merupakan ball circulating screw. Jika spindle dipasang dengan motor, maka spherical thread nut, yang bekerja hampir bebas dari play, bergerak dalam arah membujur dan mendorong tool yang sesuai atau pembawa work part di sepanjang path pembawa (lihat Gambar 2.7). Pengalihan daya yang hampir bebas gesekan dari spindle ke pengangkut dicapai melalui sistem bola. Untuk menjamin thread play minimum kedua halves dari ball thread nut dijepit satu sama lain untuk mencapai keakuratan produksi yang tinggi dan dapat diulang. Kesalahan pitch kontinyu dari spindle kontur spherical dapat diperbaiki secara otomatis oleh kontrol CNC melalui kompensasi kesalahan pitch spindle.
Kemungkinan mekanik lebih lanjut adalah misalnya rak / pinion dan spindel / mur. Jika kurang akurasi drive hidrolik cukup juga digunakan.
Toleransi manufaktur yang dihasilkan dari proses pembuatan drive sekrup bola dapat diperbaiki dengan kontrol CNC modern dengan menggunakan penyesuaian kesalahan spindle pitch. Untuk tujuan ini toleransi diukur dengan sistem pengukuran laser dan disimpan dalam kontrol CNC.
25
ball screw nut Clamping ring balls
Drive spindle
Gambar 2. 7 Ball Screw Drive dengan Play-Free Double Nut
2. Sistim Pengukuran Path (Path Measuring Systems)
Bergantung pada alat ukur yang diterapkan atau skala pengukuran posisi langsung dan tidak langsung dibedakan serta pengukuran posisi absolut dan inkremental. Nilai pengukuran yang paling akurat dicapai dengan skala pengukuran langsung.
Pada pengukuran posisi langsung (lihat Gambar 2.8) skala pengukuran diberikan pada carrier atau pada meja mesin sehingga ketidakakuratan pada poros dan sambungan drive tidak berpengaruh terhadap nilai yang diukur.
Nilai pengukuran ditentukan oleh pick-up optik pada pola pemindaian skala pengukuran. Pick-up mengubah nilai ini menjadi sinyal listrik dan memindahkannya ke kontrol.
pick-up
glass ruler with scale
Gambar 2. 8 Direct Position Reasuring
Pada pengukuran posisi tidak langsung (lihat Gambar 2.9) travel path ditentukan dengan menggunakan putaran sekrup putaran bola, yang dilengkapi dengan disk pulsa sebagai skala pengukuran. Generator sinyal mencatat putaran disk dan memindahkannya ke kontrol.
Kontrol kemudian menghitung gerakan pembawa yang tepat atau posisi aktif berdasarkan pada rotasi pulsa.
Pada pengukuran posisi absolut (lihat Gambar 2.10), skala pengukuran berkode segera menunjukkan posisi pembawa dengan mengacu pada satu titik orientasi tetap pada mesin.
Titik ini adalah titik nol mesin, yang ditentukan oleh produsen mesin. Metode ini mengandaikan bahwa pembacaan di area skala pengukuran sama besar dengan bidang permesinan dan pengkodean skala pengukuran adalah biner. Hal ini untuk memungkinkan kontrol mengalokasikan nilai numerik untuk setiap pembacaan posisi
26
Gambar 2. 9 Indirect Position Measuring
carrier
pulse disk as a measuring scale spindle
signal generator .
Gambar 2. 10 Absolute Position Measuring
binary-coded measuring scale current tool carrier position
Dalam pengukuran posisi inkremental (lihat Gambar 2.11) skala pengukuran dengan kisi sederhana yang terdiri dari bidang terang dan gelap digunakan. Untuk gerakan feed yang melewati sensor, sensor menghitung jumlah bidang terang dan gelap dan menghitung posisi pembawa saat ini berdasarkan selisih dari posisi pembawa terakhir.
Kontrol harus diberi sekali satu posisi absolut, yang kemudian digunakannya sebagai titik acuan saat menghitung posisi pembawa saat ini dengan menggunakan pengukuran posisi inkremental. Oleh karena itu, perlu untuk pergi ke titik absolut ini setelah kontrol dimulai.
Titik absolut ini disebut "titik referensi" pada mesin. Setiap gerakan sumbu, bahkan saat bergerak secara manual menggunakan roda atau handel tangan, perlu didaftarkan oleh kontrol.
Karena kontrol kehilangan kendali / informasi pada gerakan mekanis saat dimatikan, titik referensi harus dikembalikan ke setiap saat kontrol dinyalakan.
ruled grating
previous carrier position current carrier position carrier on reference point
Gambar 2. 11 Incremental Position Measuring
3. Drive Utama dan Spidel Kerja
Drive utama mesin CNC berguna mentransmisikan output daya yang diperlukan untuk machining the current work part. Output daya ini ditransmisikan dari drive utama ke drive spindle kerja yang sesuai. Beban gesekan bagian mekanik mesin juga harus dipertimbangkan. Gesekan akhirnya akan menentukan efisiensi mesin CNC. Hal ini diperlukan untuk memiliki daya dorong dengan stabilitas tinggi, yaitu saat rotasi harus sedemikian rupa sehingga posisi pemesinan saat ini tetap tidak berubah meskipun beban mesinnya tinggi. Selain itu, drive harus memiliki dinamika yang cukup untuk mengantisipasi
27
perubahan kecepatan dengan cepat dan tanpa overshooting.
Spindle kerja dan spindle kontra yang akhirnya tersedia sebelumnya didorong oleh motor arus searah. Untuk menjaga kecepatan pemotongan konstan, pengaturan stepless kecepatan putaran motor ini dalam rentang yang luas, misalnya untuk mengubah berbagai diameter, diperlukan. Kerugian dari motor arus searah adalah abrasi sikat karbon, yang perlu diperiksa dan diubah secara teratur jika perlu.
Berkat perkembangan progresif komponen mikroelektronika motor tiga fasa sekarang banyak digunakan. Kelemahan mereka, kontrol yang rumit dari jumlah rotasi, menjadi tidak relevan karena perkembangan harga pada kontrol elektronik.
Ada dua jenis motor tiga fasa: motor asinkron dan sinkron. Mereka memiliki keuntungan yang cukup besar dibandingkan dengan motor arus searah. Dengan dimensi yang identik momen rotasi yang lebih tinggi dapat tercapai. Selanjutnya, sampai tiga kali lebih tinggi jumlah rotasi dan output daya yang jauh lebih baik adalah mungkin. Motor ini bekerja tanpa sikat karbon, tanpa kolektor atau cincin pengumpul dan karenanya bebas perawatan.
Head spindle dari spindle kerja distandarisasi untuk menjamin kemungkinan clamping devices. Pada mesin CNC, poros kerja dan banyak bagian lainnya lebih kokoh daripada mesin perkakas konvensional karena laju percepatan yang jauh lebih tinggi (10 sampai 40m / s) dan kinerja permesinan yang lebih tinggi.
4. Perangkat Penjepit Benda Kerja
Perangkat penjepit benda kerja memegang bagian pekerjaan pada posisi yang benar dan tepat pada poros kerja untuk turning atau pada meja kerja untuk Milling. Benda kerja harus dijepit sehingga benar-benar bebas dari pergerakan, diposisikan dengan benar dan tepat, dan sepenuhnya tahan terhadap tekanan dinamis. Banyak perangkat penjepit work part tersedia.
Dalam Milling, pemuatan dan penarikan benda kerja secara otomatis akan dilakukan dengan cara robot di masa depan. Untuk turning, kebanyakan chuck rahang terkontrol dari berbagai jenis digunakan. Chuck ini dirancang untuk memungkinkan pengisian otomatis dan pendinginan otomatis yang dikendalikan secara hidrolik dan apik dari chuck. Gaya penjepitan dijaga konstan selama kompensasi ini. For machining between centers mostly drivers, face drivers and controlla-ble live turrets are used.. Untuk menjepit bagian-bagian kecil, chuck collet yang dapat dikontrol kebanyakan yang digunakan..
Dalam CNC Milling fungsi utama dari perangkat klem benda kerja adalah untuk memposisikan benda kerja dengan benar dan tepat. Bagian pekerjaan menjepit harus memungkinkan perubahan benda kerja yang cepat, mudah mendekati, korektif dan tepat diposisikan, dapat direproduksi mungkin. Untuk mesin sederhana dikontrol, chuck hidrolik cukup. Untuk Milling di semua sisi, mesin yang lengkap harus dimungkinkan dengan sesedikit mungkin penjepitan ulang. For complicated milling parts milling fixtures, juga dengan rotasi otomatis terpadu, dibuat atau dibangun dari sistem modular yang ada untuk memungkinkan, sedapat mungkin, melengkapi machining tanpa penjepitan ulang. Benda kerja palet, yang sarat dengan benda kerja berikutnya oleh operator di luar ruang kerja dan kemudian otomatis masuk ke posisi permesinan yang tepat, semakin banyak digunakan.
28 5. Pasilitas Pergantian Tool
Mesin perkakas CNC dilengkapi dengan fasilitas perkakas pengubah tool otomatis yang terkendali. Bergantung pada jenis dan area aplikasi, fasilitas perubahan tool ini sekaligus dapat menggunakan berbagai tool dan mengatur tool yang disebut oleh program NC ke posisi kerja.
Jenis yang paling umum adalah:
• the tool turret
• the tool magazine.
Perkakas turret (lihat Gambar 2.12) banyak digunakan untuk mesin bubut dan tool magazine untuk mesin Milling. Jika tool baru dipanggil oleh program NC, turret berputar as long as the required tool achieves posisi kerja. Saat ini alat ganti hanya membutuhkan hitungan detik.
Gambar 2. 12 Contoh Turet
Bergantung pada jenis dan ukurannya, turret mesin CNC yang memiliki 8 sampai 16 tool places. Pada Milling besar sampai 3 turret dapat digunakan bersamaan. Jika lebih dari 48 tool yang digunakan tipe tool magazines magazines of different types are used in such machining centers allowing a charge of up to 100 and even more tools bahkan lebih banyak lagi.
Gambar 2. 13 Contoh Chain Magazine
29
milling tools
tool gripper (tool changer) work spindle
tool magazine
Gambar 2. 14 Automatic Tool Change Facility
Ada magazine longitudinal, ring magazines, plate magazines dan chain magazines (lihat Gambar 2.13 as well as cassette magazines.
Pada tool magazine, pergantian tool menggunakan gripping system yang disebut juga tool changer (lihat Gambar 2.14). Pergantian itu terjadi dengan double arm gripping device setelah tool baru dipanggil dalam program NC sebagai berikut:
o Memposisikan tool yang diinginkan pada magazine tool changing position o Tempatkan work spindle into changing position
o Revolving the tool gripping device to the old tool in the spindle and to the new tool in the magazine
o Taking the tools into the spindle and magazine and revolving the tool gripping device o Placing the tools into the spindle sleeve or magazine
o Returning the tool gripping device into home position
Prosedur penggantian tool membutuhkan waktu antara 6 sampai 15 detik, dimana pergantian tool tercepat hanya dapat membuat alat ini berubah hanya dalam satu detik.
6. Sistim Pengontrolan Pergerakan Tool a) Point-to-Point Systems:
Point-to-Point systems: Disebut sistem posisional, sistem bergerak ke satu lokasi dan melakukan operasi di lokasi tersebut (mis, pengeboran). Sistim control point-to-point sering juga berkaitan dengan sistim pengontrolan pemposisian a) Axis path; b) 45° line path ; c) linear path: lihat gambar 2.15a dan b.
a b
Gambar 2. 15 Point-to-Point Systems
30
Pada mode motion path linier, controller memiliki kemampuan untuk melakukan sinkronisasi gerak dalam arah X dan Y untuk menghasilkan path linier. Aplikasi yang paling umum dari sistem kontrol PTP adalah drilling, boring, reaming, tapping and sheet metal punching, gambar 2.16.
Gambar 2. 16 Aplikas Point to Point
b) Sistim Path Kontinu
Sistem path kontinu: juga disebut sistem kontur dalam permesinan, sistem melakukan operasi selama pergerakan (mis., Milling dan turning). Sistem kontrol path kontinyu juga dikenal sebagai sistem kontur. Ini melibatkan kontrol gerak simultan dari dua atau lebih sumbu. Sistem kontur lebih kompleks karena masing-masing sumbu gerak memerlukan turning posisi dan kecepatan yang terpisah. Kontur sepanjang path tool yang telah ditentukan diimplementasikan dengan cara interpolasi, di mana sistem menghasilkan satu set titik data antara antara yang diberikan koordinat posisi Gambar 2.17.
Gambar 2. 17 Aplikasi Sistim Kontinu
c) Metoda Interpolasi:
Interpolator menyediakan dua fungsi: Interpolator menghitung kecepatan sumbu secara individu untuk menggerakkan tool sepanjang path terprogram pada tingkatan feed yang diberikan. Ini menghasilkan posisi koordinat antara sepanjang path terprogram. Ada lima jenis interpolasi: linear, melingkar, helical, parabolic, dan cubic.
1) Interpolasi Linear
Interpolasi linier: garis lurus antara dua titik di ruang antara. Interpolasi linier memerlukan tiga parameter: koordinat titik awal, koordinat titik akhir dan perintah kecepatan untuk masing-masing sumbu. Dalam interpolasi linier dua sumbu, interpolator menghitung perintah kecepatan, dalam pulsa per detik, untuk sumbu X dan Y sedemikian rupa sehingga mempertahankan rasio kecepatan antara sumbu X dan Y sama dengan rasio jarak inkremental yang diperlukan ( dx/dy). Gambar 2.18.
31
Gambar 2. 18 Interpolasi Linier
2) Interpolasi melingkar
Interpolasi melingkar: lengkungan melingkar yang didefinisikan oleh titik awal, titik akhir, tengah atau jari-jari, dan arah. Interpolator menghitung komponen kecepatan aksial dan menghasilkan urutan pulsa referensi untuk setiap sumbu kontrol gerakan. Keuntungan dari interpolasi melingkar adalah kemampuannya untuk menghasilkan busur dalam satu blok program. Pada beberapa kontrol NC, interpolasi melingkar dibatasi pada busur 90 ° dalam satu blok. Informasi yang diperlukan untuk memprogram interpolasi melingkar meliputi:
(1) koordinat titik awal dan titik akhir, (2) jari-jari busur atau koordinat pusat busur, dan (3) arah tool untuk dilanjutkan (CW atau CCW). Interpolasi melingkar dibatasi pada bidang dua sumbu. Gambar 2.19.
Gambar 2. 19 Interpolasi Melingkar
➢ Pendekatan interpolasi dari jalur melengkung di NC oleh serangkaian segmen garis lurus, di mana toleransi didefinisikan hanya pada bagian dalam kurva nominal
Gambar 2. 20 Pendekatan Interpolasi Melingkar Bagian Dalam
➢ Pendekatan interpolasi dari jalur melengkung di NC oleh serangkaian segmen garis lurus, di mana toleransi didefinisikan hanya pada bagian luar kurva nominal
Gambar 2. 21 Pendekatan Interpolasi Melingkar Bagian Luar
32
➢ Pendekatan interpolasi dari jalur melengkung di NC oleh serangkaian segmen garis lurus, di mana toleransi didefinisikan hanya pada bagian luar dan dalam kurva nominal
Gambar 2. 22 Pendekatan Interpolasi Melingkar Bagian Luar dan Dalam
3) Helical interpolation
Helical interpolation: circular plus linear motion, menggabungkan interpolasi melingkar dua sumbu dan interpolasi linier sepanjang sumbu ketiga. Interpolasi heliks adalah super dalam posisi interpolasi melingkar (bidang datar dari 1. dan 2. sumbu utama) dan gerakan linier di 3. sumbu utama. Gerakan sekrup berbentuk (helix) yang dihasilkan akan dieksekusi dengan pitch konstan. Pitch akan diprogram oleh parameter ketiga dari interpolasi melingkar tergantung pada bidang datar yang dipilih.
Gambar 2. 23 Interpolasi Melingkar Heliks
4) Parabolic Interpolation.
Interpolasi parabolic menggunakan tiga titik non collinear untuk mendekati kurva bentuk bebas. Ini bisa digunakan untuk memotong kurva planar atau spatial. Hal ini terutama digunakan dalam mold and die, di mana desain bentuk bebas lebih disukai daripada bentuk yang didefinisikan dengan tepat.
Gambar 2. 24 Parabolic Interpolation
5) Cubic interpolation
Interpolasi kubic: interpolasi ini adalah urutan ketiga dan dapat digunakan untuk menghasilkan tool path yang kompleks untuk memodelkan bentuk rumit seperti
33
automobile sheet metal dengan jumlah titik terprogram yang relatif sedikit. Namun, sangat kompleks dan membutuhkan banyak komputasi dan memori yang besar.
d) Komponen Dasar Sytim NC
Gambar 2. 25 Komponen Dasar Systim NC
e) Koordinat Sistim NC
Sistem Koordinat NC, untuk bagian datar dan prismatik (seperti balok): operasi miling dan pengeboran, sistem koordinat kartesius konvensional, sumbu rotasi pada setiap sumbu dekat disajikan tangan kanan pada gambar 2.26.
Gambar 2. 26 Kordinat Systim NC Milling
Sistem Koordinat NC, untuk bagian rotasi untuk operasi pembubutan, Sistem koordinat Cartesian konvensional, tetapi hanya sumbu x dan z, sumbu y tidak diperlukan dalam pembubutan seperti disajikan pada gambar 2.27.
Gambar 2. 27 Kordinat Systim CNC Turning
34