< PreviousTeknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 30 Programmed Tools (APT) atau Computer Aided Design (CAD) dan Computer Aiided Manufacturing. Kemudian program tersebut diketikkan pada sebuah pita dengan mesin ketik pelubang, misalnya Teletype, atau dengan bantuan komputer. Dewasa ini, program CNC dapat diketikkan langsung melalui kontrol mesin atau melalui komputer dengan fasilitas CAM yang ditransfer melalui RS 232. Dimensi benda kerja dinyatakan dalam program dengan integer. Setiap unit yang berkaitan dengan posisi resolusi sumbu pergerakan disebut sebagai satuan panjang dasar (SPD) Basic Length Unit (BLU). SPD ini juga dikenal sebagai “ukuran inkrement” atau “bobot bit”, di mana dalam prakteknya merupakan pendekatan yang akurat untuk sistem NC. Untuk menghitung perintah posisi dalam NC, adalah dengan membagi panjang aktual dengan nilai SPD. Contoh 1: Untuk menggerakkan eretan 10 mm pada arah sumbu +X dalam sistem NC dengan SPD = 0.01 mm, maka posisi perintah adalah X +1000. Pada mesin perkakas NC, setiap sumbu gerakan diperlengkapi dengan alat penggerakan terpisah, sebagai pengganti roda tangan yang terdapat pada mesin bubut konvensional. Jenis penggerak ini bisa motor dc, aktuator hidrolik, atau motor step. Salah satu tipe terpilih yang digunakan, ditetapkan terutama berdasarkan kebutuhan daya mesin. Sumbu putar gerakan dimaksudkan sebagai sumbu di mana alat potong bergerak mendekati benda kerja. Gerakan ini dicapai dengan mengge-rakkan eretan-eretan mesin perkakas. Tiga sumbu utama gerakan disebut sebagai sumbu-sumbu X, Y, dan Z. Sumbu Z adalah tegak lurus terhadap kedua sumbu X dan Y, sehingga akan memenuhi sistem koordinat tangan kanan, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.2. Gerakan ke arah sumbu Z positif adalah gerakan alat potong menjauh dari benda kerja.. Lokasi titik nol (X = Y = Z = 0) bisa tetap atau dapat di setel. Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 31 Gambar 1.2. Sistem koordinat tangan kanan. Sistem persumbuan mesin perkakas dapat diartikan sebagaimana diuraikan di bawah ini, lihat juga Gambar 1.3. a). b). c). Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 32 Gambar 1.3. Sistem koordinat pada mesin perkakas, (a). gurdi. (b). frais (c) bubut. a) Mesin frais tegak CNC Pada mesin frais tegak, sumbu X dan Y adalah horisontal. Perintah gerak positif, menggerakkan sumbu X dari kiri ke kanan dan sumbu Y dari depan ke belakang, dan sumbu Z bergerak dari bawah ke atas. Sumbu arah memanjang adalah sumbu X, arah melintang adalah sumbu Y, dan arah vertikal adalah sumbu Z. b) Mesin frais datar CNC b.1. Mesin Frais dengan spindel datar. Untuk mesin frais dengan spindel datar, sumbu arah memanjang adalah sumbu X, arah vertikal adalah sumbu Y, arah melintang adalah sumbu Z. b.2. Mesin frais dengan spindel dapat diputar datar. Sementara untuk operasi pemfraisan mendatar, arah melintang adalah sumbu X, arah vertikal adalah sumbu Y, dan arah meman-jang adalah sumbu Z. c) Mesin bubut CNC Pada mesin bubut CNC, sumbu arah memanjang mesin adalah sumbu Z, arah melintang adalah sumbu X. d) Mesin gurdi (drilling) CNC Pada mesin gurdi CNC, sistem persumbuannya sama dengan mesin frais tegak. Pada beberapa mesin, selain dari pada sumbu utama tersebut, masih ada sumbu kedua untuk gerakan eretan linier yang disimbol dengan U, V, dan W. Sementara gerakan putar yang berkenaan dengan sumbu utama dan yang sejajar dengan sumbu X, Y, dan Z secara berurutan disimbol dengan a, b, dan c. Sistem mesin perkakas NC mempunyai unit kontrol mesin Machine Control Unit (MCU), dan mesin itu sendiri, seperti diilustrasikan pada Gambar 1.4. Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 33 MCU harus mampu membaca dan mendekodekan program bagian atau benda kerja, yakni untuk menyediakan instruksi berdekode ke control loops sumbu gerak mesin, dan mengontrol operasi mesin. Sistem ini juga harus mampu memajukan pita setiap kali instruksi terdahulu telah selesai dieksekusi, yaitu pada akhir setiap segmen benda kerja. MCU terdiri dari dua unit utama: unit pemproses data data processing unit (DPU) dan unit loop kontrol control loops unit (CLU). DPU berfungsi untuk mendekode informasi yang diterima dari pita, memprosesnya dan mengirimkannya ke CLU. Data demikian itu berisi posisi baru yang di-perlukan oleh setiap sumbu, arah gerakan dan kecepatannya, sinyal kendali bantu ke relay. Dengan kata lain, CLU menyediakan suatu sinyal yang memberitahukan bahwa segmen terdahulu telah selesai dan DPU dapat membaca satu blok baru dari program bagian. CLU menggerakkan transportir mesin dan menerima sinyal umpan-balik tentang posisi aktual dan kecepatan masing-masing sumbu. Masing-masing transportir dilengkapi dengan alat penggerak terpisah dengan sebuah alat umpan-balik ter-sendiri, tetapi yang terakhir ini hanya ditemukan pada sistem loop tertutup closed loop system. DPU mencakup, paling tidak, fungsi-fungsi berikut: Alat masukan, seperti pembaca pita berlubang, Pembacaan sirkit dan logik pemeriksaan keseimbangan (parity), Sirkit pendekodean untuk mendis-tribusikan data di antara sumbu-sumbu terkontrol. Penyisip (interpolator), yang memberikan perintah kecepatan antara titik-titik berurutan yang diambil dari gambar kerja. Sebuah CLU terdiri dari sirkit-sirkit berikut: Loop kendali posisi untuk semua sumbu gerak (setiap sumbu mempunyai suatu loop kendali tersendiri), Loop kendali kecepatan, Sirkit untuk meng-atasi perlambatan dan backlash. Kendali fungsi-fungsi bantu, seperti coolant ON dan OFF, pergantian gigi, atau spindel On dan OFF. Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 34 Gambar 1.4. Sistem kontrol numerik Pada sistem CNC, fungsi DPU selalu dilaksanakan melalui program kendali yang ada dalam komputer CNC. Bagian utama dari CLU adalah berkaitan dengan perangkat keras. 1.3. Keuntungan Sistem NC Sebelum, selama dan khususnya setelah perang dunia kedua, angkatan udara Amerika Serikat merasa bahwa pembuatan komponen-komponen akurat pesawat terbang semakin sulit dihasilkan dengan hanya menggu-nakan mesin perkakas konvensional, sehingga mereka merasa perlu mengembangkan pembuatan komponen-komponen tersebut dengan proses yang lebih mudah. Langkah pertama pengembangan mesin yang sesuai, telah dilaksanakan pada perusahaan “Parson Company” di kota Traverse, Michigan, dan yang akhirnya diselesaikan di Laboratorium Servomekanisma Massachusset Institute of Technology (MIT). Pada tahun 1952 dihasilkanlah Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 35 sebuah mesin frais NC, dengan tiga sumbu terkontrol. Terlihat bahwa mo-tivasi pertama dalam pengembangan sistem NC untuk mesin perkakas adalah tuntutan hasil pabrikasi berakurasi tinggi, khususnya komponen-komponen rumit, dikaitkan dengan keinginan untuk mempersingkat waktu produksi. Akurasi adalah hal yang paling penting ketika dua bagian komponen yang harus dipasangkan diproduksi, seperti silinder dan piston motor, dan juga untuk komponen-komponen yang harus dapat dipertukarkan, khususnya dalam industri mobil dan pesawat terbang. Dengan mesin konvensional, menghasilkan suatu komponen yang harus dipotong dengan akurasi 0.01 mm atau yang lebih baik akan membutuhkan sejumlah ekstra waktu ter-tentu, karena, misalnya, operator harus menghentikan proses pemotongan beberapa kali untuk mengukur atau memeriksa dimensi komponen untuk memastikan agar komponen jangan sampai kelebihan pemotongan terlalu jauh. Telah terbukti bahwa waktu yang terbuang sia-sia untuk memeriksa dimensi sekitar 70 s.d. 80 prosen dari waktu kerja total. Sementara mesin NC menghemat banyak waktu, dan toleransi yang diperlukan dapat diper-tahankan dan ditingkatkan. Penghematan yang lebih lanjut dari sisi waktu dapat dicapai dari operasi yang satu ke operasi lainnya pada waktu pemesinan benda kerja. Dengan mesin perkakas konvensional, harus dihentikan pada beberapa jenis operasi, karena operator harus melangkah ke tahap berikutnya, seperti penggantian rodagigi, pergantian alat-potong dan lain sebagainya, semen-tara kecepatan produksi juga bisa menurun akibat kelelahan operator. Da-lam sistem NC, masalah ini hampir tidak ada, dan lebih daripada itu, karena dalam NC, akurasi dapat berulang, sehingga waktu inspeksi juga berkurang. Pemotongan kontur dalam tiga dimensi, atau meskipun dalam dua dimensi, jelas tidak dapat dilakukan dengan operasi manual. Dan meskipun itu mungkin, operator harus memanipulasi dua roda tangan secara bergantian (hampir serempak), sementara akurasi tetap dipertahankan; maka itu hanya dapat dilakukan apabila komponen yang dikerjakan adalah sederhana dan memerlukan akurasi relatif kecil. Dalam kondisi ini jelas, bahwa menger-jakan komponen seperti itu dengan mesin NC akan menghemat sejumlah waktu dan meningkatkan akurasi bila dibandingkan dengan operasi manual. Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 36 Perlu diperhatikan, bahwa jalur transfer juga direncanakan untuk memper-cepat output. Dalam sistem ini, mesin ditempatkan sedemikian rupa pada suatu jalur, di mana hasil dari satu mesin bisa dikirim ke mesin lainnya de-ngan siklus operasi terpendek. Siklus operasi pemesinan dibuat sederhana dan tetap, sehingga proses kelihatan otomatis secara utuh. Bila diban-dingkan antara NC dan CNC, maka ada beberakan kelemahan sistem NC, antara lain ialah: 1). Investasi awal yang tinggi dalam hal perlengkapan. 2). Waktu persiapan untuk setiap satu seri produksi lama. 3). Proses tidak fleksibel, karena setiap mesin direncanakan untuk melakukan suatu siklus tetap tertentu. Jika konfigurasi komponen diubah, mesin harus disetel kembali atau bahkan diganti sama sekali. 4). Persiapan komponen yang besar diperlukan untuk proses, karena setiap komponen mesin harus selalu dalam kondisi baik. Jalur transfer sesuai hanya untuk produksi massal, di mana komponen-komponen yang dihasilkan sampai ratusan ribu bahkan jutaan. Sementara untuk memproduksi komponen dengan jumlah kecil, mesin harus dirancang sedemikian rupa untuk mampu membuat banyak operasi sekaligus dengan penggantian urutan operasi dalam waktu yang singkat. Jelas kondisi ini memerlukan suatu tingkat fleksibilitas yang tinggi. Ciri dari fleksibilitas tinggi terlihat pada sistem pabrikasi moderen, khusus-nya dalam industri pesawat terbang, di mana jumlah produksi biasanya kecil. Berkaitan dengan perubahan teknologi yang sedemikian cepat, satu seri dari ratusan model pesawat terbang yang sama dapat diproduksi. Artinya, bahwa penggunaan mesin perkakas haruslah ekonomis, meskipun jumlah produksi yang dihasilkan relatif kecil. Kondisi ini merupakan jawaban yang tersedia melalui kehadiran sistem NC dan CNC: apabila suatu jenis produk baru diperlukan, hanya program bagian / benda kerja saja yang harus diganti. Juga sangat bermanfaat untuk diperhatikan bahwa mesin bubut otomatis dan mesin kopi telah ada sejak lama. Mesin kopi termasuk peraba (stylus) yang bergerak sepanjang master kopi komponen yang akan diproduksi. Peraba mempunyai satu lengan yang berfungsi untuk memindahkan gerak peraba ke Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 37 alat potong melalui suatu mekanik perantara. Alat-potong ke-mudian menghasilkan suatu komponen yang berbentuk sama dengan master. Kelemahan utama dari metoda pengkopian ini adalah bahwa waktu yang digunakan untuk menghasilkan kopi master, yang harus dibuat tanpa gerak otomasi dan diproduksi dengan tingkat akurasi yang tinggi. Dengan NC dan CNC, kopi master tidak diperlukan. Mesin bubut otomatis, yang sebenarnya cukup fleksibel, juga telah digunakan sejak lama. Penyetelan dimensi yang diperlukan ditetapkan melalui sepasang microswitches dan stoppers, satu pasang untuk setiap akhir segmen. Penempatan yang benar dari suatu microswitch menentukan dimensi dan toleransi dari komponen. Kecepatan pemakanan, kecepatan potong, dan fungsi bantu terprogram yang dibutuhkan, dalam suatu kode tertentu, pada suatu plugboard (blok steker). Plugboard terdiri dari suatu matriks soket yang berfungsi sebagai tempat menuliskan informasi dengan Steker (plug). Setiap baris dari matriks mengacu pada satu segmen benda kerja. Semua baris discan secara berurutan, sehingga dengan demikian metoda ini disebut dengan kendali urutan sequence control. Sakelar pembatas akan memberikan sinyal untuk melaksanakan baris berikutnya, dan akan menscanning baris berikutnya dengan urutan yang benar hingga pemesinan benda kerja yang dikehendaki selesai dibuat. Bubut otomatis fleksibel mempunyai kelemahan utama yakni prosedur penyetelan sakelar pembatas dan stopper yang menghabiskan banyak waktu dan membutuhkan pengalaman dan keterampilan operator yang tinggi. Di samping itu, harus diperhatikan bahwa karena jumlah sakelar pembatas dan stopper terbatas, maka jumlah maksimum operasi terprogram pada satu komponen juga terbatas. Mesin bubut otomatis dapat digunakan secara efektif untuk jumlah produksi sedang, yakni kira-kira 30 buah atau lebih, tetapi biaya tidak akan menjadi efektif untuk 4 atau 5 buah komponen. Namun demikian, dengan mesin NC akan lebih ekonomis meskipun untuk menghasilkan satu buah komponen bila dibandingkan dengan metoda konvensional. Sebagai kesimpulan, bahwa mesin perkakas NC memiliki sejumlah keun-tungan, bila dibandingkan dengan metoda pemesinan lainnya: Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 38 1). Fleksibilitas penuh; suatu program komponen diperlukan untuk mem-produksi suatu komponen baru. 2). Akurasi dapat dipertahankan meskipun dengan kecepatan spindel dan pemakanan penuh. 3). Waktu produksi lebih singkat. 4). Memungkinkan pemesinan komponen atau benda kerja meskipun konturnya rumit. 5). Penyetelan mesin mudah, yang mana membutuhkan lebih sedikit waktu dibandingkan dengan metoda pemesinan lainnya. 6). Kebutuhan akan operator berpengalaman dan terampil dapat dihindarkan. 7). Operator mempunyai waktu bebas; waktu bebas ini dapat digunakan untuk mengawasi operasi pemesinan lainnya. Sementara kelemahan utama sistem NC adalah: 1). Biaya relatif tinggi. 2). Pemeliharaan lebih rumit; membutuhkan seorang staf khusus dalam pemeliharaan. 3). Memerlukan seorang programmer komponen terlatih dan memiliki keterampilan tinggi. 1.4. Klasifikasi Sistem NC Klasifikasi sistem mesin perkakas NC dapat dibagi menurut empat cara: 1). Berdasarkan tipe mesin: Point to point versus contouring (continuous path) 2). Berdasarkan struktur pengendali: NC berbasis perangkat keras versus CNC 3). Berdasarkan metoda pemprograman: inkremental versus absolut 4). Berdasarkan tipe loop kontrol: open-loop versus closed loop. Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 39 1). Lintasan Point-to-Point Sistem point-to-point. Contoh yang paling sederhana dari mesin perkakas NC ponit-to-point (PTP) adalah mesin gurdi dan atau mesin bor. Pada mesin gurdi, benda kerja digerakkan sepanjang sumbu gerakan hingga sumbu lubang yang akan digurdi berada tepat di bawah mata bor/gurdi. Kemudian mata gurdi akan bergerak secara otomatis ke arah benda kerja (dengan suatu kecepatan spindel dan kecepatan pemakanan yang dapat dikontrol), lubang digurdi, kemudian mata gurdi bergerak naik dengan kecepatan tinggi. Benda kerja bergerak ke titik baru, demikian seterusnya dengan pengulangan prosedur di atas. Contoh 2: Meja XY dari sebuah mesin gurdi harus bergerak dari titik (5, 5) ke titik (150, 75). Setiap sumbu bergerak dengan kece-patan konstan 750 mm/min. Tentukan waktu yang dibutuh-kan untuk melintasi kedua titik tersebut. Penyelesaian: Waktu lintasan yang diperlukan sumbu X adalah (150 - 5) * (60/750) = 11.6 detik. Waktu lintasan sumbu Y adalah (75 - 5) * (60/750) = 5.6 det. Karena sumbu dapat bergerak secara bergantian (hampir bersamaan), maka waktu pelintasan meja akan menjadi lebih lama, misalnya 11.6 det. Lintasan meja mendekati alat potong sama seperti dilukiskan pada Gambar 1.5. Gambar 1.5. Lintasan alat-potong antara dua lubang pada sistem point-to-point. Titik awal Titik kedua Next >