< PreviousTeknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 40 Contoh 3: Jika resolusi sistem, SPD = 0.01 mm, Bagaimanakan perintah posisi inkremental terhadap sistem NC? Penyelesaian: Pada arah sumbu X: (150 - 5)/0.01 = 14500. Pada arah sumbu Y: (75 - 5)/0.01 = 7000. Jadi perintahnya adalah X+14500, Y+7000. 2). Lintasan berdasarkan kontur. Pada sistem kontur, atau lintasan kontiniu, alat potong melakukan pemotongan, sementara sumbu gerak bergeser. Semua sumbu gerak dapat bergeser secara bergantian, masing-masing pada kecepatan yang berbeda. Apabila diperlukan lintasan nonlinier, kecepatan sumbu berubah, meskipun di dalam satu segmen. Misalnya, pemotongan kontur radius/lingkaran memerlukan kecepatan sinus yang berubah dalam satu sumbu, sementara kecepatan sumbu lainnya berubah pada kecepatan kosinus. Pada mesin-mesin kontur, posisi alat potong pada akhir setiap segmen berikut dengan perbandingan antara kecepatan-kecepatan aksial menentukan kontur komponen yang dikehendaki, dan pada waktu yang sama, resultante pemakanan juga akan mempengaruhi permukaan penyelesaian. Hal ini disebabkan karena terjadinya kesalahan kecepat-an pada satu sumbu yang dapat mengakibatkan kesalahan posisi lintasan alat-potong, perhatikan Gambar 1.6. Gambar 1.6. Kesalahan kecepatan akan mengakibatkan kesalahan posisi pada sistem kontur Lintasan salah Lintasan tepat Kesalahan Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 41 Untuk mengatasi hal ini, maka di dalam sistem ini harus ada loop kendali posisi kontiniu yang berfungsi untuk memperbandingkan seka-ligus menempatkan posisi. Masing-masing sumbu gerakan dilengkapi dengan counter dan loop posisi secara terpisah. Untuk setiap sumbu, informasi dimensional diberikan pada pita secara terpisah, dan di-umpankan melalui DPU ke counter posisi terkait. Kecepatan pema-kanan terprogram untuk kontur harus diproses melalui DPU untuk memperoleh perintah kecepatan yang tepat pada setiap sumbu, yang dapat dikerjakan oleh suatu alat yang disebut dengan interpolator (penyisip) yang terdapat di dalam DPU sistem kontur. Fungsi dari interpolator adalah untuk mendapatkan titik penghubung antara titik-titik yang sesuai dengan gambar kerja. Untuk mengilustrasikan fungsi interpolator, perhatikan sistem dua sumbu, di mana pemotongan lurus akan dilakukan sepanjang lintasan seperti terlihat pada Gambar 1.6. Andaikan bahwa sumbu X akan bergerak p-satuan dan pada waktu yang sama sumbu Y bergerak q-satuan. Kontur yang terbentuk melalui gerakan sumbu harus dipotong dengan kecepatan V satuan panjang per satuan waktu (mm/det. atau in/det.) data numerik dari p, q, V diprogram pada pita dan diumpankan ke interpolator. Selanjutnya, interpolator akan memberikan dua sinyal kecepatan Vx dan Vy, yang biasanya dalam bentuk pulsa, yang setara dengan: Vx = ........ (1) dan Vy = ........ (2) pV p2 + q2 qV p2 + q2 Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 42 Dalam sistem NC dan CNC, ada tiga tipe interpolasi: linier, lingkaran, dan parabola, tetapi yang paling umum digunakan adalah interpolasi linier dan lingkaran. Contoh 4: Sebuah mesin perkakas NC digunakan untuk memotong suatu alur yang ditempatkan antara titik (0, 0) dan titik (175, 175) pada bidang XY. Kecepatan pemakanan yang direkomendasikan sepanjang alur adalah 150 mm/min. Tentukanlah lamanya pemotongan dan kecepatan aksial? Penyelesaian: Jarak lintasan adalah L = X2 + Y2 = 247.487 mm. Lamanya pemotongan adalah 60 (L/150) = 60 (247.487/150) = 98.995 det. Kecepatan sepanjang sum-bu X dan Y adalah sama dengan: Vx = Vy = 150/2 = 106.067 mm/min. Contoh 5: Kecepatan sumbu Y pada Contoh 4 turun 10%. Berapakan kesalahan posisi sepanjang sumbu Y pada akhir lintasan? Penyelesaian: Kecepatan aksial Vx = 106.067 mm/min.; Vy = 0.9 * Vx = 0.9 * 106.067 = 95.46 mm/min. Sumbu X menyelesaikan gerak langkah dalam waktu 98.995 det. Selama periode ini, sumbu Y melintas hanya Ly = t * Vy/60 = 98.995 * 95.46/60 = 157.501 mm. Jadi kesalahan adalah 175 - Ly = 175 - 157.501 = 17.499 mm. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa apabila kesalahan kecepatan yang terjadi sebesar 10%, maka akan mengakibatkan kesalahan posisi sebesar 10% juga. Sistem pemotongan-lurus (Staright-cut system). Sejumlah mesin PTP ada yang dilengkapi dengan kemampuan memfrais. Keadaan ini akan memungkinkan kita untuk mengendalikan ketiga tipe kontrol, di mana kendali kontur dilakukan dari titik ke titik (point-to-point). Sistem pema-kanan ini disebut sistem pemakanan lurus (langsung), karena alat potong dapat bergerak sepanjang garis lurus yang sejajar dengan sumbu-sumbu utama gerakan dari mesin perkakas, seperti pada mesin sekrap. Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 43 Pemotongan benda kerja dilakukan ketika alat potong bergerak, baik sepanjang sumbu X, sumbu Y, maupun sumbu Z. Pada sistem pemotongan-lurus, kecepatan pemakanan diprogram pada pita, dan dapat ditetapkan atau dipilih oleh programmer. Di dalam sistem ini digunakan loop kontrol meskipun cukup sederhana, termasuk counter posisi dan kendali kecepatan primitif (sederhana) untuk menjamin kuali-tas permukaan penyelesaian. Untuk yang terakhir ini, suatu kesalahan hingga 5% dari kecepatan pemakanan terprogram masih diijinkan. Untuk sistem pemotongan-langsung ini, interpolator tidak diperlukan, karena pada sistem ini tidak ada gerakan yang serempak antara sumbu yang satu dengan sumbu lainnya yang diperlukan. 1.5. NC dan CNC Sistem NC yang ditemukan pada tahun enam puluhan menggunakan pe-rangkat keras elektronik berdasarkan teknologi sirkit digital. Sistem CNC diperkenalkan pada awal tujuh puluhan, menggunakan minikomputer atau mikrokomputer untuk mengendalikan mesin perkakas dan mengeliminasi sejauh mungkin sirkit perangkat keras tambahan dalam lemari kontrol. Perbedaan yang cukup besar antara NC berbasis perangkat keras dengan alat berbasis perangkat lunak membawa suatu peningkatan dalam sistem fleksibilitas dan juga kemungkinan peningkatan perbaikan program pada komputer CNC. Pengendali digital dalam sistem NC berbasis perangkat keras menggunakan pulsa tegangan, di mana masing-masing pulsa mengakibatkan gerakan 1 SPD (Satuan Panjang Dasar) pada sumbu gerak bersangkutan. Dalam sistem ini, satu pulsa sepadan dengan 1 SPD: Pulsa SPD ................... (3) Pulsa ini dapat mengaktifkan motor step dengan kontrol loop terbuka, atau servomotor dc dengan kontrol loop tertutup. Jumlah pulsa yang dipindahkan Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 44 ke masing-masing sumbu adalah sama dengan gerak inkrement yang diper-lukan, sementara frekuensi pulsa tersebut melukiskan kecepatan sumbu. Di dalam komputer, informasi disusun, dimanipulasi, dan disimpan dalam bentuk kata biner. Setiap kata terdiri dari suatu angka bit tetap, dan kata yang paling umum adalah kata 8-bit dan 16-bit. Di dalam komputer CNC, setiap bit (binary digit) menggambarkan 1 SPD. Bit SPD ......................... (4) Jadi, suatu kata-16 bit dapat, misalnya, menggambarkan hingga 216 = 65,536 posisi sumbu yang berbeda (termasuk nol). Apabila resolusi sistem adalah, misalnya, SPD = 0.01 mm, maka angka ini menunjukkan gerakan hingga 655.35 mm. Sistem CNC dapat direncanakan dengan konfigurasi yang berbeda. Konfigurasi yang paling sederhana merupakan pendekatan pulsa referensi, sama dengan NC berbasis perangkat keras, demikian juga halnya dengan pulsa output. Oleh karena itu, di dalam sistem ini, persamaan (3) dan (4) dapat dikombinasikan menjadi: Bit pulsa SPD ............ (5) Pada CNC lainnya, konfigurasi kata biner dipindahkan sebagai hasil. Meskipun demikian, posisi aktual pada sistem ini diukur dengan perleng-kapan digital yang memindahkan pulsa yang menunjukkan SPD. Jadi, sebenarnya pada semua sistem CNC, istilah bit, pulsa, dan SPD menjadi sepadan (sama). Perbedaan utama dalam pengoperasian antara NC dan CNC adalah dalam cara pembacaan pita berlubang. Pada NC, pita berlubang bergerak maju satu blok dan membacanya setiap saat sampai pemotongan segmen selesai. Selama memproduksi, setiap program komponen selalu dibaca kembali. Sementara pada CNC, umumnya pita dibaca sekali, lansung secara menyeluruh dan menyimpannya dalam memori komputer sebelum pemotongan dimulai. Selama pemesinan, program kendali dari CNC Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 45 menggunakan program tersimpan untuk memerintahkan mesin. Dengan cara ini, kesalahan pembacaan pita akan terhindar dalam CNC. Contoh 6: Posisi aksial yang diperlukan disimpan dalam sistem CNC pada counter perangkat-lunak yang terdapat dalam program kontrol. Jika posisi yang diizinkan maksimum di dalam sistem adalah 250 mm dan SPD = 0.01 mm, berapa banyakkah counter bit yang diperlukan? Pemecahan: 2n > n > = 14.61 Jadi jumlah bit yang diperlukan adalah 15. 1.6. Sistem Loop-Terbuka dan Loop-Tertutup Setiap sistem kontrol, termasuk sistem NC, dapat direncanakan sebagai sistem dengan kendali loop-terbuka maupun kendali loop-tertutup. Istilah kendali atau kontrol loop-terbuka dimaksudkan bahwa pada sistem tidak ada umpan-balik dan gerak pengendali tidak memiliki informasi tentang peng-aruh sinyal yang dihasilkannya. 250 0.01 Log 25000 Log 2 Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 46 (a) (b) Gambar 1.7. `Kontrol digital (a) digital loop-terbuka dan (b) loop-tertutup Sistem NC loop-terbuka adalah tipe digital yang menggunakan motor step (motor langkah) untuk menggerakkan eretan. Motor step adalah alat yang memutarkan poros transfortir pada suatu sudut tetap sebagai jawaban ter-hadap pulsa masuk. Motor step adalah alat dengan cara paling sederhana untuk mengkonversikan pulsa listrik menjadi gerakan setara, dan yang menyediakan jawaban termudah akan masalah kontrol. Karena pada sistem ini tidak ada umpan-balik dari posisi eretan, maka ketelitian sistem adalah semata-mata merupakan fungsi kemampuan motor melangkah melalui jumlah langkah yang tepat yang diberikan pada masukannya. Gambar 1.7 merupakan kontrol digital dengan sistem loop-terbuka dan sistem loop-tertutup yang digunakan untuk sumbu gerakan tunggal. Kontrol loop tertutup mengukur posisi aktual dan kecepatan gerak sumbu dan membandingkannya dengan referensi yang dikehendaki. Perbedaan antara nilai aktual dengan nilai yang dikehendaki disebut dengan kesalahan. Kontrol yang direncanakan sedemikian rupa untuk mengeliminasi, memper-kecil kesalahan, disebut sebagai tipe umpan-balik negatif. Pada sistem NC, baik masukan ke loop kontrol maupun sinyal umpan-balik bisa merupakan rentetan pulsa, di mana satu pulsa menunjukkan satu satuan SPD, misalnya, 0.01 mm. Komparator digital menkorelasikan dua rentetan dan memberikan, melalui suatu alat converter digital ke analog Digital to Asupan Pulsa Roda gigi Meja Transfortir Asupan Pulsa Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 47 Analog Converter (DAC), suatu sinyal yang menunjukkan kesalahan posisi sistem, yang digunakan untuk menggerakkan servomotor dc. Perlengkapan umpan-balik yang merupakan encoder inkremental, lihat Gambar 1.7. (b), dipasang pada ujung bebas transportir dan berfungsi untuk menyediakan keluaran pulsa. Encoder inkremental terdiri dari sebuah piringan berputar (rotating disk) yang dibagi dalam beberapa segmen yang secara berurutan tembus cahaya dan tak tembus cahaya atau buram dan jernih. Sebuah fotosel (pothocell) dan sebuah bola lampu ditempatkan pada kedua sisi piringan. Ketika piringan (disk) berputar, setiap perubahan intensitas cahaya yang jatuh pada photocell memberikan suatu pulsa keluaran. Kecepatan pulsa per minit yang diberikan oleh encoder adalah sebanding dengan putaran per minit (ppm) dari transportir. Contoh 7: Sebuah motor step dengan 200 step per putaran dipasang untuk transportir dari sebuah mesin gurdi. Tusuk transportir adalah 2.5 mm (Catatan: tusuk adalah jarak antara dua puncak mata ulir secara berurutan. Untuk ulir tunggal, tusuk adalah sama dengan jarak aksial dua puncak mata ulir dalam satu putaran). a. Berapakah SPD dari sistem? b. Jika motor menerima suatu frekuensi pulsa sama dengan 2000 pulsa per detik (ppd), Berapakah kecepatan linier dalam mm/minit? Pemecahan: a. SPD = 2.5/200 = 0.0125 mm. b. V = 2000 * 0.0125 * 60 = 1500 mm/min. = 1.5 m/min. Contoh 8: Sebuah servomotor dc dikopelkan langsung dengan sebuah transportir yang akan menggerakkan meja dari sebuah mesin perkakas NC. Sebuah encoder digital yang memancarkan 500 pulsa per putaran dipasang pada ujung bebas transportir. Jika tusuk transportir adalah 5 mm dan motor berputar pada kecepatan 600 rpm, hitunglah: Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 48 a. Kecepatan linier meja. b. SPD dari sistem NC. c. Frekuensi yang dipindahkan oleh encoder. Pemecahan: a. V = 600 * 5 = 3000 mm/min. = 3 m/min. b. SPD = 5/500 = 0.01 mm. Untuk gerakan 1 SPD, satu pulsa dipindahkan oleh encoder. c. F = (3000/60)/0.01 = 5000 ppd. Salah satu sifat utama dari motor step adalah bahwa kecepatan maksimumnya bergantung kepada momen putar. Semakin tinggi momen putar, semakin rendah frekuensi maksimum yang diizinkan ke motor. Motor step tidak dapat digunakan untuk mesin-mesin yang momen puntirnya tak tetap (berubah-ubah), karena beban besar yang tidak dapat diprediksikan akan mengakibatkan motor kehilangan step yang pada akhirnya akan meng-akibatkan terjadinya kesalahan posisi. Pada sistem kontur untuk mesin perkakas, gaya potong akan membebani motor dengan momen puntir yang dipengaruhi oleh kondisi pemotongan, dan oleh karena itu, motor step tidak direkomendasikan sebagai penggerak untuk sistem kontur tersebut. Motor step dapat digunakan dengan baik untuk sistem pemotongan kontur laser-beam (di mana hanya suatu bayangan yang bergerak) dan untuk mesin gurdi PTP, di mana beban puntir pada motor hampir konstan. Robot industri dan sistem kontur seperti mesin bubut dan mesin frais membutuhkan sistem kontrol loop-tertutup. c. Tugas dan Tes Formatif 1. MCU sebuah mesin gurdi menghasilakn pulsa 20.000 perintah dalam 12 detik untuk mengontrol sebuah motor step sumbu gerakan. Jika resolusi kontrol Teknik Pemesinan CNC Direktorat Pembinaan SMK (2013) 49 adalah SPD = 0.01 mm, berapakah jarak yang dilintasi dan kecepatan sumbu bersangkutan (m/min)? 2. Suatu MCU mengontrol dua sumbu gerakan yang saling tegak lurus secara bergantian dengan kondisi seperti dalam soal No. 1. Hitunglah jarak lintasan yang ditempuh dan kecepatannya sepanjang lintasan. 3. Sebuah mesin perkakas digunakan untuk memotong suatu alur dengan sudut 45 sepanjang 50 mm pada bidang XY. Resolusi sistem adalah SPD = 0.01 mm, dan kecepatan pemakanan yang digunakan sepanjang alur = 100 mm/min. Tentukanlah jarak lintasan yang ditempuh (dalam SPD) dan kecepatan (mm/min) dari setiap sumbu. 4. Apakah suatu kontrol loop-terbuka sesuai untuk suatu sistem penggerak pemakanan dari: a. Meja mesin gurdi yang selalu bergerak pada kecepatan yang sama dan dengan beban yang sama? Mengapa! b. Mesin perkakas yang bergerak pada kecepatan yang bervariasi dengan beban yang berbeda? Mengapa! 5. Perencanaan sebuah sistem kontrol loop-terbuka menggunakan 200 step per putaran motor step sebagai perlengkapan penggerak aksial; resolusi yang diperlukan adalah SPD = 0.01 mm. a. Berapakah tusuk ulir transportir jika dikopelkan langsung ke motor, di mana jenis ulir tarnsfortir adalah ulir tunggal. b. Untuk tusuk 5 mm, berapakah perbandingan gigi yang diperlukan antara motor dan transportir? Next >