laporan akhir tahun penelitian strategis nasional …
TRANSCRIPT
1
LAPORAN AKHIR TAHUN
PENELITIAN STRATEGIS NASIONAL
Institusi
RANCANG BANGUN MESIN ROUTER NC UNTUK KEBUTUHAN
KRIYA SENI KAYU
Tahun ke 2 dari rencana 3 tahun
TIM PENGUSUL
Ir. Rachmad Hartono, MT NIDN 0419126402
Ir. Sugiharto, MT NIDN 0401126902
Ir. Bukti Tarigan, MT NIDN 0416075702
UNIVERSITAS PASUNDAN
November 2017
Kode/Nama Rumpun Ilmu : 431/ Teknik Mesin (dan Ilmu Permesinan Lain)
i
ii
RINGKASAN
Kriya seni kayu di Indonesia umumnya masih dibuat secara manual. Akibatnya
kuantitas produk terbatas dan kualitasnya tidak seragam. Kualitas produk yang dibuat
secara manual sangat tergantung kepada tingkat kemampuan pengrajin sebagai
pembuatnya. Untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas produk para pengrajin tersebut
perlu dibuatkan alat bantu yang dapat menghasilkan produk secara cepat dengan kualitas
yang seragam. Salah satu alat bantu yang dapat membantu para pengrajin kriya seni kayu
tersebut adalah mesin router berbasis NC yang dapat digunakan secara otomatis dalam
menghasilkan produk yang diinginkan.
Mesin router adalah mesin yang digunakan untuk membuat profil dan menghias
tepian kayu dengan tujuan untuk memperbaiki tampilan kayu. Alat utama yang digunakan
pada mesin router adalah pisau/pahat yang bentuknya mirip dengan mata bor. Pisau/pahat
tersebut akan berputar dengan kecepatan tinggi dan memakan tepian kayu hingga terbentuk
lekukan yang diinginkan. Gerakan dan kecepatan potong pisau dikendalikan oleh
microcontroller sesuai dengan gerakan dan kecepatan pemotongan yang diinginkan.
Fokus riset dalam proposal penelitian ini adalah rancang bangun mesin router berbasis
NC yang dapat digunakan untuk proses pembuatan kriya seni kayu. Microcontroller dan
komputer akan digunakan sebagai sistem pengendali putaran motor dalam mengatur
gerakan pahat pemotong sehingga dapat melakukan perubahan gerak baik dalam arah x, y
dan z.
Rancang bangun diawali dengan analisis gerakan pahat, metoda pengendalian putaran
motor, pemilihan komponen mesin, pemilihan komponen microcontroller dan pembuatan
program pengendalinya. Hasil rancangan mesin dan pemilihan komponen yang dilakukan
diharapkan dapat menghasilkan mesin router NC yang dapat digunakan sebagai alat bantu
proses para pengrajin kriya seni kayu dalam menghasilkan produknya.
Riset akan dilaksanakan selama 3 (tiga) tahun dengan target selain dapat menghasilkan
protipe mesin router NC untuk proses pembuatan kriya seni kayu diharapkan dapat
menghasilkan temuan baru. HAKI juga ditargetkan dapat menghasilkan beberapa publikasi
ilmiah baik nasional maupun jurnal internasional.
iii
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kepada Allah Subhanahu Wa Ta’ala yang telah
memberikan rahmat dan hidayahnya sehingga laporan akhir tahun penelitian dengan judul
RANCANG BANGUN MESIN ROUTER NC UNTUK KEBUTUHAN KRIYA SENI
KAYU dapat diselesaikan dengan baik.
Laporan ini dibuat dengan tujuan untuk melaporkan hasil penelitian yang telah
dilakukan mulai bulan Januari 2018 sampai dengan bulan November 2019. Pada
penyusunan laporan ini, tidak sedikit hambatan dan kesulitan yang dihadapi, namun
dengan ijin dan ridho Allah Subhanahu Wa Ta’ala dan dengan bantuan berbagai pihak
pada akhirnya laporan kemajuan ini dapat terselesaikan juga. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini ingin disampaikan rasa terima kasih kepada:
1. Dekan Fakultas Teknik Universitas Pasundan yang telah memberikan dukungan dan
motivasi selama dilakukannya kegiatan penelitian ini.
2. Ketua Lembaga Penelitian Universitas Pasundan beserta jajarannya yang senantiasa
mengingatkan peneliti tentang kemajuan penelitian yang telah dilakukan.
3. Ketua Lembaga Penelitian Fakultas Teknik Universitas Pasundan yang telah
membantu telaksananya kegiatan penelitian.
4. Ketua jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pasundan yang telah
memberikan fasilitas dan dukungan pada kegiatan penelitian ini.
5. Teman-teman dosen di Jurusan Teknik Mesin Fakltas Teknik Universitas Pasundan
yang telah bersedia diajak berdiskusi ketika peneliti menghadapai kendala pada
kegiatan penelitian ini.
6. Mahasiswa-mahasiswa peserta tugas akhir yang selama ini ikut membantu
terlaksananya penelitian ini.
Hanya do’a sebagai rasa terima kasih yang dapat dipanjatkan kepada Allah Subhanahu
Wa Ta’ala, semoga amal ibadah serta kebaikan semua pihak yang telah membantu dalam
penyusunan laporan kemajuan penelitian ini dapat balasan yang berlipat ganda. Aamiiin
Ya Rabbal ‘Alamin.
iv
Daftar Isi
Lembar Pengesahan ........................................................................................................ i
Ringkasan ....................................................................................................................... ii
Prakata ............................................................................................................................ iii
Daftar Isi ......................................................................................................................... iv
Daftar Tabel .................................................................................................................... vi
Daftar Gambar ................................................................................................................ vii
Daftar Lampiran ............................................................................................................. ix
BAB 1. Pendahuluan ...................................................................................................... 47
1.1 Latar Belakang ......................................................................................................... 47
1.2 Ruang Lingkup Penelitian dan Rumusan Permasalahan .......................................... 48
1.3 Urgensi Penelitian .................................................................................................... 48
1.4 Luaran dan Target Penelitian ................................................................................... 48
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................... 50
2.1 State of The Art ........................................................................................................ 50
2.2 Hasil yang Sudah Dicapai ........................................................................................ 54
2.3 Peta Jalan Penelitian ................................................................................................. 54
BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN .................................................... 56
3.1 Tujuan Penelitian ...................................................................................................... 56
3.2 Manfaat Penelitian .................................................................................................... 56
BAB 4. METODE PENELITIAN .................................................................................. 57
4.1 Metode Penelitian ..................................................................................................... 57
4.2 Lokasi Penelitian ...................................................................................................... 58
4.3 Indikator capaian yang terukur .................................................................................. 58
BAB 5. HASIL YANG DICAPAI .................................................................................. 59
5.1 Kegiatan Pada Tahun Pertama ................................................................................. 59
5.1.1 Mempelajari MasterCam X5................................................................................... 59
5.1.2 Mempelajari cara menggerakkan motor servo ....................................................... 61
5.1.3 Merancang kontruksi mesin router NC................................................................... 62
5.2. Kegiatan Pada Tahun Kedua .................................................................................... 64
5.2.1 Pembuatan Prototipe Mesin Router NC....................... .......................................... 64
5.2.2 Pengembangan Program Pengendali Mesin Router ............................................... 66
BAB 6. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA............................. ........................... 73
6.1 Memperdalam perangkat lunak MasterCam X5 ....................................................... 74
BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................................... 75
7.1 Kesimpulan ............................................................................................................... 75
7.2 Saran................ .......................................................................................................... 75
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 76
LAMPIRAN .................................................................................................................... 78
v
Daftar Tabel
Tabel 1. Rencana Target Capaian Tahunan ..................................................................... 3
vi
Daftar Gambar
Gambar 1. Mesin router NC berikut contoh produk yang dihasilkannya ....................... 1
Gambar 2. Konfigunasi mesin router NC jenis X-Y Table ............................................. 4
Gambar 3. Konfigunasi mesin router NC jenis cantilever ............................................. 5
Gambar 4. Konfigunasi mesin router NC jenis moving table ........................................ 5
Gambar 5. Konfigunasi mesin router NC jenis moving gantry ...................................... 5
Gambar 6. Konfigunasi mesin router NC jenis pendulum ............................................. 6
Gambar 7. Konfigunasi mesin router NC jenis 5-axis ................................................... 6
Gambar 8. Konfigurasi router NC jenis industrial robot fitted a spindle
router................. ............................................................................................................. 7
Gambar 9. Konsep dan model desain mesin router NC hasil penelitian sebelumnya ..... 8
Gambar 10. Tampilan sistem input kendali gerakan mesin rourter NC .......................... 9
Gambar 11. Peta jalan penelitian .................................................................................... 9
Gambar 12. Metodologi dan sistematika kegiatan riset ........................................................ 11
Gambar 13. Jadwal pencapaian kegiatan riset ..................................................................... 12
Gambar 14 Pola ukiran kayu ........................................................................................... 13
Gambar 15 Lintasan pahat pada proses pemesinan pola ukiran kayu ............................. 13
Gambar 16 Proses pemesinan kasar pada pola ukiran kayu ............................................ 14
Gambar 17 Proses pemesinan sedang pada pola ukiran kayu ......................................... 14
Gambar 18 Proses pemesinan halus pada pola ukiran kayu ............................................ 14
Gambar 19 Program NC untuk memesin pola ukiran kayu ............................................. 15
Gambar 20 Rangkaian pengubah kendali PP/NP menjadi dir-clock ............................... 15
Gambar 21 Mikrokontroller yang di pilih.................... ................................................... 15
Gambar 22 Skematis sistem kendali ketiga motor penggerak sumbu-sumbu mesin
router......................................................................................... ....................... 16
Gambar 23 Tampilan program pengendali motor servo .............................................. 16
Gambar 24 Rancangan mesin router yang pertama........... .............................................. 17
Gambar 25 Rancangan mesin router yang kedua.............. .............................................. 17
Gambar 26 Rancangan mesin router yang ketiga........................ .................................... 18
Gambar 27 Rancangan mesin router yang keempat............ ............................................ 18
Gambar 28 Prototipe mesin router NC................................ ............................................ 19
Gambar 29 Driver motor servo penggerak mesin router..... ............................................ 19
Gambar 30 Tampilan program pemilihan jalur komunikasi serial .................................. 20
Gambar 31 Tampilan program mode otomatis................................ ............................... 21
Gambar 32 Tampilan program mode manual............................. .................................... 22
Gambar 33 Tampilan manusal saat pengoprasian .......................................................... 23
Gambar 34 Tampilan mode otomatis saat pengorasian .................................................. 24
Gambar 35 Contoh pola ukiran kayu yang berhasil dibuat........................... ................. 24
Gambar 36 Contoh pola ukiran kayu yang berhasil dibuat ............................................ 25
Gambar 37 Contoh pola ukiran kayu yang berhasil dibuat............................................. 25
Gambar 38 Contoh pola ukiran kayu yang berhasil dibuat............................................. 26
vii
Gambar 39 Contoh pola ukiran kayu yang berhasil dibuat ............................................. 26
viii
Daftar Lampiran
L1 - Surat Pemberitahuan Penerimaan Makalah ............................................................. 32
L2 - Bukti Pengiriman Makalah ...................................................................................... 35
L3 - Sertifikat SNMI ..................................................................................................... 51
L6 - Draft journal ilmiah nasional.................................................................................. 49
L7 - Draft journal ilmiah internasional ......................................................................... 54
1
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Para pengrajin kriya seni kayu di Indonesia umumnya masih mengerjakan produknya
secara manual. Hal ini disebabkan mahalnya peralatan proses untuk para pengrajin kayu
tersebut disaat ini. Akibatnya kuantitas produk yang dihasilkan sangat terbatas dan
kualitasnya tidak seragam. Untuk meningkatkan kualitas dan kuantitas produk perlu dibuat
suatu alat bantu yang dapat membantu para pengrajin dalam meningkatkan kualitas dan
kuantitas produk yang dihasilkan. Salah satu alat bantu tersebut adalah mesin router yang
berbasis NC (Numerical Controlled).
Gambar 1. Mesin router NC berikut contoh produk yang dihasilkannya
Mesin router adalah mesin yang digunakan untuk membuat profil dan menghias
tepian kayu dengan tujuan untuk memperbaiki tampilan kayu. Alat utama yang digunakan
pada mesin router adalah pisau yang bentuknya mirip dengan mata bor. Pisau tersebut
akan berputar dengan kecepatan tinggi dan memakan tepian kayu hingga terbentuk lekukan
yang diinginkan. Berdasarkan bentuk dan fungsinya pisau router dibedakan menjadi
empat jenis yaitu pisau pembuat alur, pisau pembentuk pinggiran kayu, pisau perata
pinggir dan pisau pembuat alur kecil.
Untuk meingkatkan kualitas dan kuantitas hasil proses, mesin harus dapat
dikendalikan secara otomatis. Sistem kendali otomatis digunakan untuk menghasilkan
produk secara berulang tanpa menurunkan kualitas produk itu sendiri. Sistem kendali
otomatis dilakukan dengan memanfaatkan microcontroller dan komputer, sistem ini sudah
banyak diaplikasikan dalam proses pengendalian mesin NC yang menjadi topik dalam
penelitian ini.
2
1.2 Ruang Lingkup Penelitian dan Rumusan Permasalahan
Fokus riset dalam proposal penelitian ini adalah rancang bangun mesin router
berbasis NC yang dapat digunakan untuk proses pembuatan kriya seni kayu.
Microcontroller dan komputer akan digunakan sebagai sistem pengendali putaran motor
dalam mengatur gerakan pahat pemotong sehingga dapat melakukan perubahan gerak baik
dalam arah x, y dan z.
Rancang bangun diawali dengan analisis gerakan pahat, metoda pengendalian
putaran motor, pemilihan komponen mesin, pemilihan komponen microcontroller dan
pembuatan program pengendalinya. Hasil rancangan mesin dan pemilihan komponen
yang dilakukan diharapkan dapat menghasilkan mesin router NC yang dapat digunakan
sebagai alat bantu proses para pengrajin kriya seni kayu dalam menghasilkan produknya.
1.3 Urgensi Penelitian
Peningkatan kualitas dan kuantitas produk industri kriya seni di Indonesia harus
diawali dengan penguatan industrinya baik dalam peningkatan kualitas sumber daya
manusia pelakunya maupun peralatan dan alat bantu pendukung industrinya. Variabel lain
yang sangat penting untuk diintegrasikan dalam proses peningkatan kemampuan industri
tersebut adalah: (1) biaya pembuatan (costs of manufacturer), (2) kualitas produk (quality
of product), (3) kapasitas dan produktifitas (capacity and productivity), (4) efisiensi
(efficiency), (5) teknologi dan keterampilan (technology-skill).
Meningkatnya penguatan industri khususnya industri kriya seni kayu dengan
mengintegrasikan lima variabel diatas diharapkan dapat meningkatkan daya saing produk
kriya seni kayu yang dihasilkan. Berkaitan dengan hal-hal tersebut di atas, dapat diuraikan
keutamaan penelitian ini sebagai berikut:
Memperkuat kemampuan rancang bangun khususnya dalam rancang bangun peralatan
proses kriya seni kayu.
Memperkuat kemandirian teknologi dalam bidang rancang bangun peralatan proses
produksi.
Memperkuat hubungan link and match antara industri dan perguruan tinggi.
1.4 Luaran dan Target Penelitian
Riset akan dilaksanakan selama 3 (tiga) tahun ini dengan target selain dapat
menghasilkan protipe mesin router NC untuk proses pembuatan kriya seni kayu juga
3
ditargetkan dapat menghasilkan beberapa publikasi ilmiah baik nasional maupun jurnal
internasional. Rencana target capaian dalam penelitian ini ditabulasikan dalam tabel 1.
Tabel 1. Rencana Target Capaian Tahunan
No. Jenis Luaran Indikator Capaian
TS TS+1 TS+2
1 Publikasi
ilmiah
Internasional tidak ada submitted reviewed
Nasional
Terakreditasi draf terdaftar
sudah
dilaksanakan
2
Pemakalah
dalam temu
ilmiah
Internasional draf terdaftar sudah
dilaksanakan
Nasional sudah
dilaksanakan
sudah
dilaksanakan
sudah
dilaksanakan
3
Invited
Speaker dalam
temu
ilmiah
Internasional tidak ada tidak ada tidak ada
Nasional tidak ada tidak ada tidak ada
4 Visiting
Lecturer5 Internasional tidak ada tidak ada tidak ada
5
Hak Kekayaan
Intelektual
(HKI)
Paten draf terdaftar sudah
dilaksanakan
Paten sederhana draf terdaftar sudah
dilaksanakan
Hak Cipta tidak ada tidak ada tidak ada
Merek dagang tidak ada tidak ada tidak ada
Rahasia dagang tidak ada tidak ada tidak ada
Desain Produk
Industri tidak ada tidak ada tidak ada
Indikasi Geografis tidak ada tidak ada tidak ada
Perlindungan
Varietas Tanaman tidak ada tidak ada tidak ada
Perlindungan
Topografi Sirkuit
Terpadu
tidak ada tidak ada tidak ada
6 Teknologi Tepat Guna draf terdaftar granted
7 Model/Purwarupa/Desain/Karya
seni/ Rekayasa Sosial draf produk Penerapan
8 Buku Ajar (ISBN)) tidak ada tidak ada tidak ada
9 Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) 3 4 5
4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 State of The Art
Mesin CNC mulai dikembangkan oleh John T. Parsons pada dekade tahun 1940-
1950 [1,2]. Mesin dengan sistem kendali numerik ini dapat membuat suatu produk secara
otomatis. Sistem kendali digunakan dalam pengendalian gerak pahat pemotong sesuai
dengan gerakan pemotongan yang diinginkan.
Pada tahun 1970 an mulai dikembangkan NC sistem pada mesin CNC [3], dimana
mesin dilengkapi mini komputer yang terintegrasi dengan mesin. Tiap perintah gerakan
mesin tersimpan pada unit microcontroller yang ssbelumnya dibuat dalam bentuk PLC
(Programmable Logic Controller).
Konfigunasi mesin router terdiri dari beberapa jenis yaitu (1) X-Y table, (2)
cantilevered, (3) moving table, (4) moving gantry, (5) pendulum, (6) 5–axis, dan (7)
industrial robot fitted with a spindel router [1]. Pada konfigurasi mesin router X-Y table
pengendaian dilakukan pada posisi meja dimana benda kerja disimpan. Meja penyimpan
benda kerja dapat bergerak dalam arah x dan y. Konfigurasi mesin router X-Y table dapat
dilihat pada gambar 2.
Gambar 2. Konfigunasi mesin router NC jenis X-Y Table
Pada konfigunasi mesin router jenis cantilever, pengendalian dilakukan pada posisi
pisau/pahat pemotong, pahat disimpan pada ujung cantilever yang dapat bergerak pada
sumbu x dan y menuntun gerakan pisau/pahat pemotong. Konfigurasi mesin router jenis
cantilever dapat dilihat pada gambar 3.
5
Gambar 3. Konfigunasi mesin router NC jenis cantilever
Pada konfigurasi mesin router jenis moving table pahat dapat bergerak pada sumbu x
pada gantri dan meja dapat bergerak pada sumbu y. Konfigurasi mesin router jenis moving
table dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Konfigunasi mesin router NC jenis moving table
Pada konfigurasi mesin router jenis moving gantry pisau/pahat pemotong dapat
bergerak pada sumbu x di batang gantri sedangkan gantri tempat pahat/pisau ditempatkan
dapat bergerak pada sumbu y. Konfigurasi mesin router jenis moving gantry dapat dilihat
pada gambar 5.
Gambar 5. Konfigunasi mesin router NC jenis moving gantry
6
Konfigurasi mesin router jenis pendulum atau dual table router adalah konfigurasi
yang digunakan untuk meningkatkan volume pemotongan. Pisau/pahat pemotong
ditempatkan pada gantri dan dapat bergerak pada sumbu x dan meja dapat bergerak pada
sumbu y. Konfigurasi mesin router jenis pendulum dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Konfigunasi mesin router NC jenis pendulum
Konfigurasi mesin router jenis 5-axis adalah jenis yang sudah cukup modern dimana
pahat dapat bergerak pada 5 sumbu gerakan yang diinginkan. Konfigurasi mesin router
jenis 5-axis dapat dilihat pada gambar 7.
Gambar 7. Konfigunasi mesin router NC jenis 5-axis
Konfigurasi yag terakhir adalah konfigunasi mesin router dimana pahat dapat
bergerak pada 6 sumbu (6-axis). Mesin jenis ini dikenal dengan konfigunasi jenis
industrial robot. Konfigurasi mesin router jenis industrial robot fitted with a spindel router
dapat dilihat pada gambar 8.
Dalam perkembangan desain sudah dilakukan beberapa perbaikan mulai dari desain
sistem mekanik, mulai dari mekanika penuntun gerakan pahat, motor penggerak, material
frame, dan sistem komunikasi microcontroller [1,2,4,5,6]. Jayachandraiah (2014)
memberikan usulan desain dan pemilihan komponen untuk mesin router CNC 3-axis
7
dengan biaya yang relatif murah [4]. Olufemi (2015) membuat keypad desain mesin drill
router [5].
Gambar 8
Konfigurasi mesin router NC jenis industrial robot fitted with a spindel router
Mane (2016) membuat suatu review bahwa mesin router dengan konfigurasi jenis
gantri akan memberikan biaya manufaktur lebih kecil dibanding dengan konfigurasi jenis
lainnya.[6]. Alexander D. Sprunt (2000) membuat desain CNC router dengan biaya
pembuatan murah dengan menggunakan gantri tunggal [7].
Siripen (2006) membuat investigasi kondisi pemotongan optimal pada mesin CNC
router pada kayu [8]. Cammelia (2014) membuat investigasi kemungkinan Mesin CNC
router digunakan untuk membuat beberapa ormamen kompleks pada kayu [9].
Irfan Hilmy (2014) membuat konsep pemilihan konfigunasi dalam desain mesin
CNC router [10]. Dhruv H. Patel (2014), membuat investigasi parameter pemesinan pada
mesin CNC router [11]. Takeshi Ohuchi, (2015), membuat analisis pada proses miling
kayu dengan menggunakan CNC router [12]. Piotr Iskra (2012), membuat proses
monitoring pada CNC router pada kayu pada kualitas pemukaan hasil pemesinan [13].
Mehmet Emin Aktan (2016), membuat desain dan implementasi mesin CNC router 3 axis
dengan CAM (Computer Aided Manufacturing) [10]
Dari beberapa penelitian yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa mesin
router NC sangat dimungkinkan digunakan untuk proses manufaktur dari material kayu
dan dapat digunakan untuk membuat beberapa ornamen kompleks. Harga mesin CNC
router saat ini masih sangat mahal, sehinggga penelitian yang dapat menghasilkan suatu
mesin router NC dengan harga yang relatif murah masih sangat terbuka lebar. Turunnya
harga alat bantu untuk para pengrajin kriya seni kayu khususnya mesin router NC akan
berdampak pada naiknya daya saing produk mereka di pasaran.
8
2.2 Hasil yang Sudah Dicapai
Kegiatan penelitian dalam proses rancang bangun mesin router NC saat ini sudah
menghasilkan suatu konsep desain mesin router NC yang mampu mengendalikan gerakan
pisau/pahat pemotong dalam dalam gerak x dan y. Konsep desain mesin router hasil
penelitian yang sudah dilakukan dapat dilihat pada gambar 9. Selain konsep desain mesin,
peneliian sebelumnya sudah menghasilkan pula model kendali perintah kerja mesin.
Tampilan model kendali mesin router NC dapat dilihat pada gambar 10.
Gambar 9. Konsep dan model desain mesin router NC hasil penelitian sebelumnya
2.3 Peta Jalan Penelitian
Kegiatan penelitian yang dilakukan merupakan lanjutan dari penelitian yang sudah
dilakukan sebelumnya, dengan peta jalan riset dan teknologi yang digunakan dapat lihat
pada gambar 11.
9
Gambar 10. Tampilan sistem input kendali gerakan mesin rourter NC
Gambar 11. Peta Jalan Penelitian
Patent
Pembuatan Model Mekanik dan
sistem kendali Mesin Router NC
Pembuatan Sistem kendali Mesin
Router NC
Publikasi Ilmiah baik dalam
Jurnal atau Seminar skala
Nasional atau Internasional
Me
sin
Ro
ute
r N
C y
ang
Bis
a d
igu
nak
an U
ntu
k P
rose
s
Pd
mb
uat
an K
riya
Se
ni K
ayu
Rancang Bangun Prototype
Mesin Router NC
Tahun
Kegiatan
Studi Konfigurasi Mesin
Router NC
Keg
iata
n R
iset Studi Model dan Konfigurasi
Jenis Mesin Router NC
Studi Model Pengendali
Parameter Dasar Desain
Mesin Router NC
Model Design Mesin Router NC
Berikut Sistem Pengendalinya
CAD dan CAE Analisis Frame
Mesin Router NC
Desain Model Mekanik dan
sistem kendali Mesin Router NC
Pemilihan Komponen Mekanik
dan rangkaian microcontroller
Studi Parameter Desain
Mesin Router NC
Desain Model Mesin Router
NC
Penyusunan Sistem Komunikasi
Sistem Kendali Mesin dengan
Microcontroller Prototipe Mesin Router NC Untuk
Proses Kriya Seni Kayu
Pembuatan draft paten
Publikasi Ilmiah baik dalam
Jurnal atau Seminar skala
Nasional atau InternasionalPubikasi Ilmiah (Seminar
Nasional)
Pembuatan Rangkaian
microcontroller
Pemilihan Material dan Proses
Manufaktur
Penyusunan Tahapan Proses
Pembuatan Standard Proses
Pembuatan dan pengujian
Prototipe Mesin Router NC
2017 2018 20192016
Rancang Mesin Router NC untuk Proses Produk Kriya Seni Kayu
Academic Research
10
BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
3.1 Tujuan Penelitian
Tujuan umum penelitian ini diharapkan mempunyai dampak yang luas terhadap
perkembangan industri dan teknologi di Indonesia, khususnya bagi para pengrajin kriya
seni kayu di Indonesia, serta kemajuan pendidikan di perguruan tinggi teknik di Indonesia.
Tujuan khusus yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah:
Dihasilkannya prototipe mesin router NC untuk alat bantu proses pembuatan kriya
seni kayu.
Dihasilkannya suatu model kendali mesin router NC yang dapat digunakan untuk
mengendalikan gerakan pahat sesuai dengan gerakan potong yang diinginkan.
Mempelajari model pengendalian gerakan pahat, mulai dari pemilihan motor
penggerak, microcontroller dan program komputer sebagai perintah pengendalinya.
3.2 Manfaat Penelitian
Mesin router dengan harga yang terjangkau akan meningkatkan kemampuan para
pengrajin kriya seni kayu untuk menambah fasilitas produksinya. Dengan adanya mesin
router, para pengrajin kriya seni kayu dapat meningkatkan kualitas dan kuantitas
produknya.
Penelitian ini juga akan menghasilkan beberapa dokumen yang terkait dengan mesin
router NC. Beberapa dokumen tersebut berupa gambar teknik rakitan mesin router, gambar
teknik komponen-komponen mesin router, gambar kerja komponen-komponen mesin
router, gambar rangkaian kontrol mesin router, maupun program sistem kendali mesin
router. Dokumen-dokumen tersebut dapat dimanfaatkan sebagai pedoman untuk membuat
mesin router bagi pihak-pihak yang ingin mengembangkan rancang bangun di bidang
mesin router.
Selain dokumen-dokumen yang telah disebutkan di atas, penelitian ini juga akan
menghasilkan dokumen yang berisi cara membuat desain ukiran kayu dengan
memanfaatkan perangkat lunak CAD maupun CAM. Dengan menggunakan perangkat
lunak CAD maupun CAM desain ukiran kayu dapat dianalisis dan disimulasikan proses
pemotongannya sebelum dilakukan pemotongan yang sesungguhnya. Setelah dilakukan
simulasi pemotongan, program NC untuk mengatur gerakan pahat dapat dibuat secara
otomatis.
11
BAB 4. METODE PENELITIAN
4.1 Metode Penelitian
Metodologi dan sistematika kegiatan penelitian yang diusulkan selama 3 (tiga) tahun,
terdiri dari kegiatan desain, rancang bangun dan pengujian prototipe. Kegiatan tersebut
dilaksanakan dengan urutan dan metode kegiatan seperti terlihat pada gambar 12.
Gambar 12. Metodologi dan sistematika kegiatan riset
Pada tahun pertama, kegiatan dimulai dengan studi parameter desain mesin router
NC, yang diawali dengan pemilihan model desain dan konfigurasi mesin yang akan dibuat.
Kegiatan dilanjukan dengan pemilihan komponen mekanik dan komponen sistem
pengendali.
Pemodelan CAD dan analisis CAE digunakan untuk analisis kekuatan, respon, dan
mode rangka mesin terhadap gaya luar yang bekerja. Simulasi gerakan dilakukan untuk
memprediksi lintasan gerak yang terjadi saat mesin dioperasikan. Kegiatan pemodelan
CAD dan analisis CAE diakhiri dengan optimasi disain yang harus dilakukan, seluruh
kegiatan tersebut dilakukan secara numerik dengan bantuan perangkat lunak di komputer.
Akhir dari kegiatan tahun pertama adalah dihasilkannya parameter desain dan gambar
teknik mesin router NC hasil optimasi.
Tahun kedua, Pembuatan model mekanik mesin dan sistem kendali gerakannya.
Kegiatan diawali dengan pembuatan sistem kendali mesin dan pembuatan rangkaian
1 Studi Parameter Desain Mesin Router NC
Desain Model Mekanik dan sistem kendali Mesin Router NC
Pemilihan Komponen Mekanik dan rangkaian microcontroller
CAD Modeling
CAE Analysis
Optimasi
Engineering Drawing dan Parameter Desain
2 3Desain Model Mesin Router NC
Rancang Bangun Prototype Mesin Router NC
Pembuatan Model Mekanik dan sistem kendali Mesin
Router NC
Standard Industri
Pembuatan Sistem kendali Mesin Router NC
BatasanLintasan Gerak Pahat
Pembuatan Rangkaian microcontroller
Sistem Komunikasi Sistem Kendali Mesin dengan
Microcontroller
Standard Pemilihan Material dan Proses
Manufaktur
Penyusunan Tahapan Proses Pembuatan Standard Proses
Pembuatan dan pengujian Prototipe Mesin Router NC
Prototipe Mesin Router NC Untuk Proses Kriya Seni Kayu
Spesifiksi Mesin
12
microcontroller-nya. Hasil kegiatan penelitian pada tahun kedua adalah Batasan lintasan
gerak pisau/pahat pemotong dan sistem komunikasi antara sistem kendali dengan
microcontol yang dipasang pada mesin.
Tahun ketiga kegiatan kegiatan penelitian adalah pembuatan prototipe mesin router
NC, kegiatan diawali dengan pemilihan material dan proses manufaktur dalam pembuatan
prototipe mesin, dilanjutkan dengan penyusunan tahapan proses manufakturnya. Hasil
akhir dari kegiatan penelitian di tahun ke 3 (tiga) adalah prototipe mesin router NC untuk
proses pembuatan kriya seni kayu berikut spesifikasinya.
4.2 Lokasi Penelitian
Seluruh kegiatan penelitian akan dilaksanakan di Laboratoria Tekik Mesin
Universitas Pasundan, Jl. Setiabudi No 193 Bandung.
4.3 Indikator capaian yang terukur
Riset akan dilaksanakan selama 3 (tiga) tahun ini dengan target selain dapat
menghasilkan model desain dan prototipe mesin router NC yang dapat digunakan oleh
para pegrajin kriya seni kayu, juga ditargetkan dapat menghasilkan beberapa publikasi
ilmiah baik jurnal nasional terakreditasi maupun jurnal internasional, serta HKI. Jadwal
pencapaian kegiatan riset yang ditargetkan selesai dalam waktu tiga tahun dapat dilihat
pada gambar 13.
Gambar 13. Jadwal pencapaian kegiatan riset
13
BAB 5. HASIL YANG DICAPAI
Hasil yang telah dicapai dapat dikelompokkan menjadi dua bagian yaitu hasil yang
telah dicapai pada tahun pertama dan hasil yang telah dicapai pada tahun kedua.
5.1 Kegiatan Pada Tahun Pertama
Kegiatan pada tahun pertama yaitu mempelajari perangkat lunak MasterCam X5,
mempelajari cara menggerakkan motor servo, dan merancang konstruksi mesin router.
5.1.1 Mempelajari MasterCam X5
MasterCam X5 merupakan perangkat lunak yang dapat digunakan untuk merancang
benda kerja dan merencanakan proses pemesinan benda kerja tersebut secara virtual
melalui layar komputer. Dari simulasi proses pemesinan tersebut dapat dibuat program
CNC (computer numerical controlled). Dari aktivitas ini dihasilkan beberapa luaran yang
dapat dilihat pada gambar 14 sampai dengan gambar 19.
Gambar 14 Pola ukiran kayu
Gambar 15 Lintasan pahat pada proses pemesinan pola ukiran kayu
14
Gambar 16 Proses pemesinan kasar pada pola ukiran kayu
Gambar 17 Proses pemesinan sedang pada pola ukiran kayu
Gambar 18 Proses pemesinan halus pada pola ukiran kayu
15
Gambar 19 Program NC untuk memesin pola ukiran kayu
5.1.2 Mempelajari cara menggerakkan motor servo
Pengendalian motor servo AC memerlukan beberapa komponen pengendali yaitu
mikrokontroller, rangkaian pengubah kendali PP/NP menjadi dir/clock, dan komputer.
Data gerakan yang terdapat di komputer dikirimkan melalui komunikasi serial. Dari
aktivitas ini dihasilkan beberapa luaran yang dapat dilihat pada gambar 20 sampai dengan
gambar 23.
Gambar 20 Rangkaian pengubah kendali PP/NP menjadi dir-clock
Gambar 21 Mikrokontroller yang dipilih
16
Gambar 22
Skematis sistem kendali ketiga motor pengerak sumbu-sumbu mesin router
Gambar 23 Tampilan program pengendali motor servo
5.1.3 Merancang konstruksi mesin router NC
Mesin router yang dirancang adalah mesin router jenis moving gantry. Mesin router
jenis moving gantry secara teoritis dapat mengerjakan benda kerja dengan ukuran tak
berhingga secara bertahap. Mesin jenis ini mempunyai sepasang tiang (gantry) yang dapat
bergerak pada suatu lintasan pada arah sumbu-y. Pada gantry tersebut dipasang konstruksi
spindel yang dapat bergerak pada suatu lintasan pada arah sumbu-x. Pada pemegang pahat
tersebut terdapat pemegang pahat yang dapat bergerak pada suatu lintasan pada arah
sumbu-z. Mesin router yang dirancang mempunyai meja kerja berukuran 60 cm x 80 cm.
17
Mesin router yang dirancang sedapat mungkin menggunakan komponen-komponen
utama yang telah tersedia di pasaran. Beberapa komponen-komponen yang tersedia di
pasaran adalah ballscrew, linear guide, motor spindel, motor servo, dan batang aluminium
profil. Dari aktivitas ini dihasilkan beberapa rancangan konstruksi mesin router. Beberapa
rancangan tersebut dapat dilihat pada gambar 24 sampai dengan gambar 27. Rancangan
yang dipilih adalah rancangan yang ketiga karena rancangan tersebut memiliki kekakuan
yang paling tinggi dan respon frekwensi yang paling tinggi.
Gambar 24 Rancangan mesin router yang pertama
Gambar 25 Rancangan mesin router yang kedua
18
Gambar 26 Rancangan mesin router yang ketiga
Gambar 27 Rancangan mesin router yang keempat
5.2 Kegiatan Pada Tahun Kedua
Kegiatan pada tahun kedua yaitu pembuatan prototipe mesin router NC dan
pengembangan program pengendali mesin router NC.
5.2.1 Pembuatan Prototipe Mesin Router NC
Berdasarkan rancangan konstruksi mesin router NC yang telah dipilih, dibuat
prototipe mesin router NC. Protoipe mesin router yang telah dibuat dapat dilihat pada
gambar 28.
Prototipe mesin router yang telah dibuat menggunakan beberapa komponen utama
yang tersedia di pasaran. Penggerak mekanisme gerak pahat terdiri dari tiga buah motor
19
servo 400 Watt yang berfungsi untuk menggerakkan pahat pada arah sumbu-x, sumbu-y,
maupun sumbu-z. Driver penggerak motor servo tersebut dapat dilihat pada gambar 29.
Gambar 28 Prototipe mesin router NC
Gambar 29 Driver motor servo penggerak mesin router
20
5.2.2 Pengembangan Program Pengendali Mesin Router
Program pengendali mesin router terdiri dari program yang digunakan untuk
mengolah data gerakan mesin router dan program yang digunakan untuk mengeksekusi
data gerakan mesin router. Program pengolah data gerakan mesin router dibuat dengan
menggunakan bahasa pemrograman Visual Basic. Program yang digunakan untuk
mengeksekusi data gerakan menggunakan bahasa pemrograman C. Progam pertama
dituliskan di komputer, sedangkan progam yang kedua dituliskan di mikrokontroller.
Program pengendali gerakan mesin router terdiri dari dua mode pengoperasian.
Mode pengoperasian pertama adalah mode manual. Mode pengoperasian kedua adalah
mode otomatis. Mode pengoperasian manual digunakan untuk mengoperasikan mesin
router secara manual. Mode ini digunakan pada saat pemosisian pahat sebelum dilakukan
proses pemotongan.
Ketika program dijalankan, pada monitor akan tampak tampilan seperti pada gambar
30. Program tidak akan berlanjut bila jalur komunikasi serial belum terisi dengan benar.
Hal ini perlu dilakukan untuk menjamin bahwa program benar-benar telah siap untuk
melakukan pertukaran informasi antara komputer dengan mikrokontroller sebelum proses
pengendalian mesin router dilakukan.
Gambar 30 Tampilan program pemilihan jalur komunikasi serial
Jika jalur komunikasi serial sudah terisi dengan benar, tampilan program akan
berubah seperti pada gambar 31. Pada tampilan ini terdapat beberapa tombol yang terkait
dengan pembuatan program NC. Tombol-tombol tersebut adalah tombol KIRIM, tombol
ADD LIST, tombol DELETE LIST, tombol MANUAL, tombol SAVE, dan tombol
LOAD.
21
Gambar 31 Tampilan program mode otomatis
Tombol KIRIM digunakan untuk mengeksekusi baris-baris program yan tertulis pada
kotak sebelah kanan secara berurutan. Ketika tombol KIRIM di-klik, program akan
membaca baris pertama pada daftar yang tertulis di kotak sebelah kanan. Program
kemudian akan menerjemahkan baris perintah tersebut menjadi data-data gerakan. Program
selanjutnya akan mengirim data-data tersebut ke mikrokontroller. Program akan
melakukan hal yang sama bila telah menerima konfirmasi dari mikrokontroller bahwa data
gerakan yang dikirimkan ke mikrokontroller telah dieksekusi secara lengkap.
Tombol ADD LIST digunkan untuk menambahkan baris program yang ditulis di
kotak input ke kotak sebelah kanan. Tombol DELETE LIST digunakan untuk menghapus
seluruh program yang ada di kotak sebelah kanan. Tombol SAVE digunakan untuk
menyimpan baris-baris perintah yang tertulis di kotak sebelah kanan ke dalam suatu file
tertentu. Tombol LOAD digunakan untuk membaca baris-baris perintah yang tertulis
dalam suatu file dan memeindahkan barus-baris perintah tersebut ke dalam kotak sebelah
kanan. Tombol MANUAL digunkan untuk pidah ke mode manual.
22
Bila tombol MANUAL di-klik, maka tampilan program akan tampak seperti pada
gambar 32. Pada tampilan ini terdapat beberapa tombol yang ada hubungannya dengan
pengaturan posisi pahat secara manual. Beberapa tombol tersebut adalah tombol RESET
X, tombol RESET Y, tombol RESET Z, tombol X+, tombol X-, tombol Y+, tombol Y-,
tombol Z+, tombol Z-, M_ON dan tombol OTOMATIS.
Gambar 32 Tampilan program mode manual
Tombol RESET-X, RESET-Y, maupun RESET-Z digunakan untuk mengubah nilai
yang terdapat pada text box yang bersesuaian kembali bernilai nol. Dengan demikian,
setelah tombol RESET di-klik, nilai yang ditunjukkan oleh masing-masing text box akan
menunjuukan jarak relatif antara pahat dengan posisi pahat saat tombol RESET di-klik.
Tombol X+, X-, Y+, Y-, Z+, maupun Z- merupakan tombol yang digunakan untuk
menggerakkan pahat dalam arah sumbu-x, sumbu-y, maupun sumbu-z. Bila tombol ini
ditekan, maka pahat akan bergerak sejauh nilai yang dituliskan pada text box jarak dengan
kecepatan senilai dengan nilai yang dituliskan pada text box kecpatan. Pada akhir gerakan,
23
nilai yang tercantum pada text box reset diperbaruhi dengan nilai yang sesuai dengan
perubahan posisi pahat.
Tombol M-ON digunakan untuk mengaktifkan putaran spindel. Bila tombol ini di-
klik, maka spindel akan aktif dan tulisan pada tombol akan berubah menjadi M-OFF. Bila
tombol ini di-klik sekali lagi, maka spindel akan non aktif dan tulisan pada tombol akan
berubah menjadi M-ON.
Tombol OTOMATIS digunakan untuk pindah ke mode otomatis. Salah satu contoh
tampilan program pada mode manual saat pengoperasian dapat dilihat pada gambar 33.
Salah satu contoh tampilan mode otomatis saat pengoperasian dapat dilihat pada
gambar 34.
Gambar 33 Tampilan manual saat pengoperasian
24
x.
Gambar 34 Tampilan mode otomatis saat pengoperasian
Mesin dan program yang telah dibuat telah dicoba untuk membuat beberapa pola
ukiran kayu pada permukaan rata. Gerakan pahat yang pahat mengikuti pola lintasan garis
maupun pola lintasan bagian lingkaran. Beberapa contoh pola hasil ukiran dapat dilihat
pada gambar 35 sampai dengan xx.
Gambar 35 Contoh pola ukiran yang berhasil dibuat
25
Gambar 36 Contoh pola ukiran yang berhasil dibuat
Gambar 37 Contoh pola ukiran yang berhasil dibuat
26
Gambar 38 Contoh pola ukiran yang berhasil dibuat
Gambar 39 Contoh pola ukiran yang berhasil dibuat
27
BAB 6. RENCANA TAHAPAN BERIKUTNYA
Konstruksi mesin router yang telah dibuat dapat berfungsi dengan baik. Pergerakan
pahat dalam arah sumbu x, sumbu y, dan sumbu z dapat dilakukan dengan lancar dan
mulus. Program kendali untuk mengendalikan gerakan pahat dalam arah sumbu x, sumbu
y, dan sumbu z juga berfungsi dengan baik. Program pengendali juga mampu mengatur
putaran motor spindel.
Program pengendali mampu menggerakkan pahat dengan lintasan berupa garis
maupun busur lingkaran dengan arah gerak sesuai dengan putaran jarum jam maupun
berlawanan dengan putaran jarum jam. Program pengendali dapat merespon data gerakan
dalam bentuk koordinat relatif maupun koordinat mutlak.
Dari pola ukiran yang telah dibuat dapat dilihat bahwa keseluruhan pola ukiran
masih berada pada bidang dua dimensi. Program NC untuk membuat pola ukiran tersebut
dibuat secara manual. Program NC yang dibuat secara manual masih memungkinkan
apabila motif ukiran yang dibuat masih sederhana.
Dari pola ukiran yang telah dibuat juga dapat dilihat bahwa kurva (garis maupun
lengkungan) yang dibuat bentuknya kurang sempurna. Hal ini terjadi karena kayu yang
dipotong belum diketahui karakteristiknya.
Berdasarkan uraian yang telah dijelaskan tersebut, perlu dilakukan beberapa langkah
penelitian berikutnya. Langkah pertama yang harus dilakukan adalah mempelajari
karakteristik kayu ketika dipotong dengan cara mengubah beberapa parameter pemotongan
(kecepatan potong yaitu kecepatan putar spindel dan kecepatan makan yaitu kecepatan
gerak pahat dalam arah sumbu x, sumbu y, dan sumbu z) sehingga didapatkan parameter
pemotongan yang paling optimum untuk memotong jenis kayu tertentu.
Langkah kedua adalah membuat suatu program yang dapat menerjemahkan program
yang dihasilkan oleh MasterCam X5 menjadi program yang dapat dimengerti oleh program
NC yang sesuai dengan pengendali mesin router yang telah dibuat. Dengan adanya
program penerjemah ini, pola ukiran yang lebih rumit yang dibuat dengan bantuan
perangkat lunak MasterCam X5 dapat dibuat dengan menggunakan mesin router yang
telah dibuat.
Langkah ketiga adalah membuat suatu fitur khusus yang dapat mengatur posisi pahat
sebelum dilakukan proses pemotongan. Dengan adanya fitur ini pengulangan pemotongan
akan dapat dilakukan dengan mudah sehingga dapat dibuat suatu pola ukiran berulang
dengan dimensi yang besar yang dalam proses pemotongannya dilakukan secara bertahap.
28
Langkah keempat adalah membuat fitur khusus agar program pengendali dapat
beroperasi dalam sistem satuan mm maupun sistem satuan inci. Dengan menambahkan
fitur ini mesin router yang telah dibuat akan lebih mampu melayani pemakai yang terbiasa
dengan satuan operasi tertentu.Hasil yang telah dicapai selama ini perlu dilanjutkan lagi
agar pengetahuan-pengetahuan yang telah didapatkan dapat benar-benar diterapkan di
masyarakat khususnya para pengrajin kayu.
6.1 Memperdalam perangkat lunak MasterCam X5
Hasil pembelajaran MasterCam yang telah dicapai perlu didokumentasikan. Langkah-
langkah pembuatan rancangan pola ukiran kayu, pembuatan lintasan pemesian kasar,
pembuatan lintasan pemesinan sedang, pembuatan lintasan pemesinan halus, dan
pembuatan program NC berdasarkan lintasan pemesinan perlu dijelaskan tahap demi tahap.
Penjelasan ini dapat digunakan sebagai bahan tutorial untuk pelatihan penguasaan
perangkat lunak MasterCam X5.
Fasilitas-fasilitas perancangan pola ukiran kayu dan perencanaa proses pemesinan
yang terdapat di perangkat lunak MasterCam X5 masih banyak yang belum dikuasai.
Fasilitas-fasilitas tersebut perlu dipelajari lebih lanjut untuk meningkatkan kemampuan
peneliti dalam hal membuat pola ukiran kayu yang lebih kompleks. Penguasaan perangkat
lunak MasterCam X5 oleh peneliti akan ditularkan ke masyarakat luas khususnya para
pengrajin kriya seni kayu.
29
BAB 7. KESIMPULAN DAN SARAN
7.1 Kesimpulan
Dari pembahasan yang telah dilakukan pada bab sebelumnya dapat disimpulkan
beberapa hal yaitu:
1. Konstruksi mesin router yang telah dibuat dapat berfungsi dengan baik. Pahat mesin
router dapat digerakkan pada arah sumbu-x, sumbu-y, dan sumbu-z dengan lancar.
2. Program pengendali gerakan pahat mesin router dapat berfungsi dengan baik. Program
pengendali yang dibuat mampu mengatur gerakan pahat dengan lintasan berupa garis
maupun berupa busur lingkaran. Progra pengendali juga mampu mengatur kecepatan
putar spindel.
3. Program pengendali mampu beroperasi dalam sistem koordinat relatif maupun sistem
koordinat mutlak.
7.2 Saran
Penelitian yang telah dilakukan telah menghasilkan konstruksi mesin router yang
telah berfungsi dengan baik. Program pengendali untuk mengendalikan gerakan pahat
mesin router juga dapat berfungsi dengan baik. Cara-cara pembuatan pola ukir kayu
sebaiknya dapat disebarluaskan pada para pengrajin kayu agar hasil kriya seni kayu dapat
ditingkatkan kuantitas maupun kualitasnya.
30
DAFTAR PUSTAKA
[1] Samah Mochtar, (2013), Design and Structural analysis of a CNC Router, Final
year project mecahical engineering Department faculy of engineering, Lebanese
University.
[2] Wei Qin, (2013), Design and Analysis of Small Scale Cost Effective CNC Milling,,
These, Master of Science in Mechanical Engineering in the Graduate College of
the University of Illinois at Urbana-Champaign.
[3] Benhabib, Beno. (2003). Manufacturing: Design, Production, Automation, and
Integration. New York: Marcel Dekker
[4] B.Jayachandraiah, (2014), Fabrication of Low Cost 3-Axis Cnc Router,
International Journal of Engineering Science Invention, ISSN (Online): 2319 –
6734, ISSN (Print): 2319 – 6726.
[5] Olufemi B. Akinnuli, et all (2015), Design of a Keypad Operated CNC Drilling
Router, International Journal of Engineering Research and General Science Volume
3, ISSN 2091-2730
[6] Y. L. Mane, B. B. Deshmukh, (2016) A Review on Retrofit Design and Static
Analysis of 3-Axis Gantry System, IOSR Journal of Mechanical & Civil
Engineering (IOSRJMCE), e-ISSN: 2278-1684,p-ISSN: 2320-334X, pp 23-28.
[7] Alexander D. Sprunt (2000), A three axis CNC Router Design, Final Project at
Bachelor of Science at The Massachusetts Institute Of Technology
[8] Siripen Supadarattanawong (2006), An Investigation of the Optimal Cutting
Conditions in Parawood (Heavea Brasiliensis) Machining Process on a CNC Wood
Router, Kasetsart J. (Nat. Sci.) 40 : 311 – 319.
[9] Camelia Cosereanu (2014), Complex ormament machining process on CNC
Router, Pro Ligno, Vol 10 No 2014 pp 22-30.
[10] Irfan Hilmy (2014), Development of Design Structure Matrix of Product
Architecture Case Study: Multi Purpose CNC Router, Proceeding ICAMME 2014
[11] Dhruv H. Patel (2014), An Investigation Effect of Machining Parameters on CNC
Router, IJEDR, Volume 2, Issue 2.
[12] Takeshi Ohuchi, (2015), Milling of wood and wood-based materials with a
computerized numerically controlled router IV: development of automatic
measurement system for cutting edge profile of throw-away type straight bit, J
Wood Sci (2005) 51:278–281.
31
[13] Piotr Iskra (2012), Toward a process monitoring of CNC wood router. Sensor
selection and surface roughness prediction, Wood Sci Technol 46:115–128
[14] Mehmet Emin Aktan (2016), Design and Implementation of 3 Axis CNC Router for
Computer Aided Manufacturing Courses, MATEC Web of Conferences 45, 05002
DOI:10.1051/matecconf/20164505002.
32
LAMPIRAN
L1 - List program pengendali mesin router ditanamkan di mikrokontroller
#include "SoftwareSerial.h" unsigned int a0,a1,a2,a3,a4,a5; unsigned int b0,b1,b2,b3,b4,b5; unsigned int c0,c1,c2,c3,c4,c5; int k1,e1,k3,e3,k5,e5; int k2, k4, k6; int angka1,angka2,kirim; int chek1, chek2,chek3,chek4; void setup(){ cli();//stop interrupts chek4=0; pinMode(13, OUTPUT); pinMode(12, OUTPUT);//arah putaran motor 1 pinMode(8, OUTPUT); pinMode(7, OUTPUT);//arah putaran motor 2 pinMode(4, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT);//arah putaran motor 3 pinMode(9, OUTPUT); //set timer0 interrupt at 100kHz TCCR0A = 0;// set entire TCCR0A register to 0 TCCR0B = 0;// same for TCCR0B TCNT0 = 0;//initialize counter value to 0 // set compare match register for 2khz increments OCR0A = 19;// = (16*10^6) / (2000*64) - 1 (must be <256) // turn on CTC mode TCCR0A |= (1 << WGM01); // Set CS01 and CS00 bits for 64 prescaler TCCR0B |= (1 << CS01) ; // enable timer compare interrupt TIMSK0 |= (1 << OCIE0A); sei();//allow interrupts Serial.begin(9600); } ISR(TIMER0_COMPA_vect){ if(a3==1){ a0=a0+1; if(a0<a1) digitalWrite(13,HIGH); else digitalWrite(13,LOW); if(a0>2*a1){ a0=0; a4=a4+1; if(a4>=a5) { a3=0; chek1=1; } }
33
} if(b3==1){ b0=b0+1; if(b0<b1) digitalWrite(8,HIGH); else digitalWrite(8,LOW); if(b0>2*b1){ b0=0; b4=b4+1; if(b4>=b5) { b3=0; chek2=1; } } } if(c3==1){ c0=c0+1; if(c0<c1) digitalWrite(4,HIGH); else digitalWrite(4,LOW); if(c0>2*c1){ c0=0; c4=c4+1; if(c4>=c5) { c3=0; chek3=1; } } } if((chek1==1) && (chek2==1) &&(chek3==1)){ chek1=0; chek2=0; chek3=0; Serial.print(1); } if(chek4==1){ chek4=0; angka2=0; analogWrite(9,angka1); Serial.print(1); } } void loop() { // put your main code here, to run repeatedly: if(Serial.available()>0){ angka1=Serial.read(); if(angka1==255) { angka2=0; } if(angka1==254){ angka2=16; } if(angka1<=245) angka2=angka2+1; if(angka2==1) {
34
if(angka1==0) digitalWrite(12,LOW); else digitalWrite(12,HIGH); } if(angka2==2) k1=angka1; if(angka2==3) a5=245*k1 + angka1; if(angka2==4) k2=angka1; if(angka2==5) a1=245*k2 + angka1; if(angka2==6) { if(angka1==0) digitalWrite(7,LOW); else digitalWrite(7,HIGH); } if(angka2==7) k3=angka1; if(angka2==8) b5=245*k3 + angka1; if(angka2==9) k4=angka1; if(angka2==10) b1=245*k4 + angka1; if(angka2==11) { if(angka1==0) digitalWrite(3,LOW); else digitalWrite(3,HIGH); } if(angka2==12) k5=angka1; if(angka2==13) c5=245*k5 + angka1; if(angka2==14) k6=angka1; if(angka2==15){ c1=k6*245 + angka1; a4=0; b4=0; c4=0; a3=1; b3=1; c3=1; sei(); } if(angka2==17){ chek4=1; } } }
35
L2 – List program pengendali mesin router dituliskan di komputer
'program ini untuk running timer-11 delay 10 us 'koordinat tujuan dalam satuan mm, kecepatan dalam satuan mm/menit 'ada tambahan mode manual 'interpolasi g1, g2, dan g3 'format progam kode G/S x00 y00 z00 f00 'ada tambahan sistem koordinat mutlak 'ada tambahan g0 'ada tambahan penentuan jalr komunikasi serial Dim tanda, hitung, sisKor As Integer Dim terima, manual, moff As Integer Dim kodeS, xS, yS, zS, fS, sS, iSi, jS As String Private Declare Sub Sleep Lib "kernel32.dll" (ByVal dwMilliseconds As Long) Private Sub Command14_Click() On Error GoTo selesai1 angka = Val(Text7.Text) MSComm1.CommPort = angka MSComm1.PortOpen = True GoTo selesai2 selesai1: MsgBox "Port yang dimasukkan salah ! " GoTo selesai3 selesai2: bukaAwal selesai3: End Sub Private Function terjemah(ByVal kalimat As String) As String kata = kalimat kriteria = 0 kodeS1 = kodeS xS1 = xS yS1 = yS zs1 = zS Do Until (kriteria = 1) spasi = InStr(kata, " ") pjkata = Len(kata) If (spasi <> 0) Then kata1 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata = Right(kata, pjkata - spasi) Else kriteria = 1 kata1 = kata End If kata2 = UCase(Left(kata1, 1)) pjkata = Len(kata1) kata3 = Right(kata1, pjkata - 1) If (kata2 = "S") Then kodeS = "S" sS = kata3 End If If (kata2 = "G") Then kodeS = UCase(kata1)
36
End If If (kata2 = "X") Then xS = kata3 End If If (kata2 = "Y") Then yS = kata3 End If If (kata2 = "Z") Then zS = kata3 End If If (kata2 = "F") Then fS = kata3 End If If (kata2 = "I") Then iSi = kata3 End If If (kata2 = "J") Then jS = kata3 End If Loop If (kodeS = "S") Then kalimat = kodeS + " " + sS End If If ((kodeS = "G0") And (sisKor = 0)) Then kalimat = "G1 " + xS + " " + yS + " " + zS + " 1000" End If If ((kodeS = "G0") And (sisKor = 1)) Then x = Val(xS) - Val(xS1) y = Val(yS) - Val(yS1) z = Val(zS) - Val(zs1) kalimat = "G1 " + Str(x) + " " + Str(y) + " " + Str(z) + " 1000" End If If ((kodeS = "G1") And (sisKor = 0)) Then kalimat = kodeS + " " + xS + " " + yS + " " + zS + " " + fS End If If ((kodeS = "G1") And (sisKor = 1)) Then x = Val(xS) - Val(xS1) y = Val(yS) - Val(yS1) z = Val(zS) - Val(zs1) kalimat = kodeS + " " + Str(x) + " " + Str(y) + " " + Str(z) + " " + fS End If If (((kodeS = "G2") Or (kodeS = "G3")) And (sisKor = 0)) Then kalimat = kodeS + " " + xS + " " + yS + " " + zS + " " + iSi + " " + jS + " " + fS End If If (((kodeS = "G2") Or (kodeS = "G3")) And (sisKor = 1)) Then x = Val(xS) - Val(xS1) y = Val(yS) - Val(yS1) z = Val(zS) - Val(zs1) i = Val(iSi) - Val(xS1) j = Val(jS) - Val(yS1) kalimat = kodeS + " " + Str(x) + " " + Str(y) + " " + Str(z) + " " + Str(i) + " " + Str(j) + " " + fS End If
37
If (kodeS = "G92") Then sisKor = 1 End If If (kodeS = "G91") Then sisKor = 0 xS = 0 yS = 0 zS = 0 End If terjemah = kalimat End Function Private Sub Command1_Click() sisKor = 0 hitung = 0 Command1.Enabled = False jumlahItem = List1.ListCount For i = 0 To (jumlahItem - 1) List1.ListIndex = i kata = Trim(List1.List(i)) kata = terjemah(kata) kirim (kata) Next Command1.Enabled = True End Sub Public Sub kirim(kata As String) kata1 = Trim(kata) spasi = InStr(kata1, " ") pjkata = Len(kata1) kata21 = Left(kata1, spasi - 1) kata22 = Right(kata1, pjkata - spasi) kata21 = UCase(kata21) If (kata21 = "G1") Then kirimG1 (kata22) End If If (kata21 = "G2") Then kirimG2 (kata22) End If If (kata21 = "G3") Then kirimG3 (kata22) End If If (kata21 = "S") Then kirimS (kata22) End If End Sub Public Sub kirimS(kata As String) MSComm1.Output = Chr(254) Sleep (100) angka = Val(kata) MSComm1.Output = Chr(angka) tunggu Sleep (1000)
38
End Sub Public Sub kirimG1(kata As String) On Error GoTo selesai1 hitung = hitung + 1 angka = Trim(kata) spasi = InStr(angka, " ") pjkata = Len(angka) langka = Left(angka, spasi - 1) rangka = Right(angka, pjkata - spasi) rangka = Trim(rangka) spasi = InStr(rangka, " ") pjkata = Len(rangka) langka1 = Left(rangka, spasi - 1) rangka1 = Right(rangka, pjkata - spasi) rangka1 = Trim(rangka1) spasi = InStr(rangka1, " ") pjkata = Len(rangka1) langka2 = Left(rangka1, spasi - 1) rangka2 = Right(rangka1, pjkata - spasi) rangka2 = Trim(rangka2) pjkata = Len(rangka2) x = 100 * Val(langka) y = 100 * Val(langka1) z = 100 * Val(langka2) v = Val(rangka2) resultan = Sqr(x * x + y * y + z * z) If (resultan = 0) Then GoTo keluar End If ax = Abs(x / resultan) ay = Abs(y / resultan) az = Abs(z / resultan) If (ax <> 0) Then delayx = Round(30000 / (ax * v)) Else delayx = 0 End If If (ay <> 0) Then delayy = Round(30000 / (ay * v)) Else delayy = 0 End If If (az <> 0) Then delayz = Round(30000 / (az * v)) Else delayz = 0 End If faktor = 1
39
If (delayx >= 32000) Then faktorx = 32000 / delayx If (faktorx < faktor) Then faktor = faktorx End If If (delayy >= 32000) Then faktory = 32000 / delayy If (faktory < faktor) Then faktor = faktory End If If (delayz >= 32000) Then faktorz = 32000 / delayz If (faktorz < faktor) Then faktor = faktorz End If delayx = Round(faktor * delayx * 0.7) delayy = Round(faktor * delayy * 0.7) delayz = Round(faktor * delayz * 0.7) MSComm1.Output = Chr(255) If (x < 0) Then MSComm1.Output = Chr(0) x = Abs(x) Else MSComm1.Output = Chr(1) End If kepala1 = x \ 245 ekor1 = x Mod 245 kelapa1 = delayx \ 245 buntut1 = delayx Mod 245 MSComm1.Output = Chr(kepala1) 'pengulangan1 MSComm1.Output = Chr(ekor1) MSComm1.Output = Chr(kelapa1) MSComm1.Output = Chr(buntut1) 'delay1 If (y < 0) Then MSComm1.Output = Chr(1) y = Abs(y) Else MSComm1.Output = Chr(0) End If kepala3 = y \ 245 ekor3 = y Mod 245 kelapa3 = delayy \ 245 buntut3 = delayy Mod 245 MSComm1.Output = Chr(kepala3) 'pengulangan2 MSComm1.Output = Chr(ekor3) MSComm1.Output = Chr(kelapa3) MSComm1.Output = Chr(buntut3) 'delay2 If (z < 0) Then MSComm1.Output = Chr(1) z = Abs(z) Else MSComm1.Output = Chr(0) End If kepala5 = z \ 245
40
ekor5 = z Mod 245 kelapa5 = delayz \ 245 buntut5 = delayz Mod 245 MSComm1.Output = Chr(kepala5) 'pengulangan3 MSComm1.Output = Chr(ekor5) MSComm1.Output = Chr(kelapa5) MSComm1.Output = Chr(buntut5) 'delay3 tunggu GoTo keluar selesai1: MsgBox "inputnya kurang coyyy ...." keluar: End Sub Private Sub Command10_Click() If (manual = 0) Then manual = 1 Command10.Caption = "OTOMATIS" Command1.Visible = False Command4.Visible = True Command5.Visible = True Command6.Visible = True Command7.Visible = True Command8.Visible = True Command9.Visible = True Command11.Visible = True Command2.Visible = False Command3.Visible = False tampilkanManual Else manual = 0 Command10.Caption = "MANUAL" Command1.Visible = True Command4.Visible = False Command5.Visible = False Command6.Visible = False Command7.Visible = False Command8.Visible = False Command9.Visible = False Command11.Visible = False Command2.Visible = True Command3.Visible = True sembunyiManual End If End Sub Private Sub Command11_Click() If (moff = 0) Then moff = 1 Command11.Caption = "M-OFF" kata = Trim(Text4.Text) kirimS (kata)
41
'List1.AddItem (kata) Else moff = 0 Command11.Caption = "M-ON" kata = "0" kirimS (kata) 'List1.AddItem (kata) End If End Sub Private Sub Command12_Click() CommonDialog1.FileName = "" CommonDialog1.ShowSave namaFile = CommonDialog1.FileName pjkata = Len(namaFile) If (pjkata > 0) Then jmlBaris = List1.ListCount If (jmlBaris > 0) Then Open namaFile For Output As #1 For i = 0 To (jmlBaris - 1) kata = List1.List(i) Print #1, kata Next Close #1 End If End If End Sub Private Sub Command13_Click() CommonDialog1.FileName = "" CommonDialog1.ShowOpen namaFile = CommonDialog1.FileName pjkata = Len(namaFile) If (pjkata > 0) Then List1.Clear Open namaFile For Input As #1 Do While Not EOF(1) Input #1, kata List1.AddItem (kata) Loop Close #1 End If End Sub Private Sub kirimG2(kata As String) kata = Trim(kata) pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata1 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata = Trim(Right(kata, pjkata - spasi)) pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata2 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata = Trim(Right(kata, pjkata - spasi))
42
pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata3 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata = Trim(Right(kata, pjkata - spasi)) pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata4 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata = Trim(Right(kata, pjkata - spasi)) pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata5 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata6 = Trim(Right(kata, pjkata - spasi)) x = Val(kata1) y = Val(kata2) i = Val(kata4) j = Val(kata5) f = Val(kata6) r = Sqr(i * i + j * j) dx1 = -i dy1 = -j dx2 = x - i dy2 = y - j If (dx1 = 0) Then sdAwal = 90 Else sdAwal = Atn(dy1 / dx1) sdAwal = sdAwal * 180 / 3.14159265358979 End If If ((dx1 <= 0) And (dy1 >= 0) And (sdAwal <> 90)) Then sdAwal = 180 + sdAwal End If If ((dx1 >= 0) And (dy1 <= 0) And (sdAwal <> 90)) Then sdAwal = 360 + sdAwal End If If ((dx1 <= 0) And (dy1 <= 0) And (sdAwal <> 90)) Then sdAwal = 180 + sdAwal End If If ((dx1 < 0) And (dy1 = 0)) Then sdAwal = 180 End If If ((dx1 = 0) And (dy1 < 0)) Then sdAwal = 270 End If If (dx2 = 0) Then sdAkhir = 90 Else sdAkhir = Atn(dy2 / dx2) sdAkhir = sdAkhir * 180 / 3.14159265358979 End If 'Text3.Text = sdAkhir If ((dx2 < 0) And (dy2 > 0)) Then
43
sdAkhir = 180 + sdAkhir End If If ((dx2 > 0) And (dy2 < 0)) Then sdAkhir = 360 + sdAkhir End If If ((dx2 < 0) And (dy2 < 0)) Then sdAkhir = 180 + sdAkhir End If If ((dx2 < 0) And (dy2 = 0)) Then sdAkhir = 180 End If If ((dx2 = 0) And (dy2 < 0)) Then sdAkhir = 270 End If If (sdAkhir >= sdAwal) Then sdAkhir = sdAkhir - 360 End If dSudut = sdAwal - sdAkhir step = 3 jmlstep1 = dSudut / step jmlstep2 = Round(jmlstep1) If (jmlstep2 < jmlstep1) Then jmlstep2 = jmlstep2 + 1 step = dSudut / jmlstep2 End If tetaold = sdAwal For i = 1 To jmlstep2 tetanew = tetaold - step xold = r * Cos(tetaold * 3.14159265358979 / 180) yold = r * Sin(tetaold * 3.14159265358979 / 180) xnew = r * Cos(tetanew * 3.14159265358979 / 180) ynew = r * Sin(tetanew * 3.14159265358979 / 180) dx = xnew - xold dy = ynew - yold dx = (dx * 100) \ 1 dx = dx / 100 dy = (dy * 100) \ 1 dy = dy / 100 st = Str(dx) + " " + Str(dy) + " 0 " + Str(f) 'List1.AddItem (st) kirimG1 (st) tetaold = tetanew Next Text2.Text = r 'Left(a, InStr(a, ".") + 2) End Sub Private Sub kirimG3(kata As String) kata = Trim(kata) pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata1 = Trim(Left(kata, spasi - 1))
44
kata = Trim(Right(kata, pjkata - spasi)) pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata2 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata = Trim(Right(kata, pjkata - spasi)) pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata3 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata = Trim(Right(kata, pjkata - spasi)) pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata4 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata = Trim(Right(kata, pjkata - spasi)) pjkata = Len(kata) spasi = InStr(kata, " ") kata5 = Trim(Left(kata, spasi - 1)) kata6 = Trim(Right(kata, pjkata - spasi)) x = Val(kata1) y = Val(kata2) i = Val(kata4) j = Val(kata5) f = Val(kata6) r = Sqr(i * i + j * j) dx1 = -i dy1 = -j dx2 = x - i dy2 = y - j If (dx1 = 0) Then sdAwal = 90 Else sdAwal = Atn(dy1 / dx1) sdAwal = sdAwal * 180 / 3.14159265358979 End If If ((dx1 <= 0) And (dy1 >= 0) And (sdAwal <> 90)) Then sdAwal = 180 + sdAwal End If If ((dx1 >= 0) And (dy1 <= 0) And (sdAwal <> 90)) Then sdAwal = 360 + sdAwal End If If ((dx1 <= 0) And (dy1 <= 0) And (sdAwal <> 90)) Then sdAwal = 180 + sdAwal End If If ((dx1 < 0) And (dy1 = 0)) Then sdAwal = 180 End If If ((dx1 = 0) And (dy1 < 0)) Then sdAwal = 270 End If If (dx2 = 0) Then sdAkhir = 90 Else
45
sdAkhir = Atn(dy2 / dx2) sdAkhir = sdAkhir * 180 / 3.14159265358979 End If If ((dx2 < 0) And (dy2 > 0)) Then sdAkhir = 180 + sdAkhir End If If ((dx2 > 0) And (dy2 < 0)) Then sdAkhir = 360 + sdAkhir End If If ((dx2 < 0) And (dy2 < 0)) Then sdAkhir = 180 + sdAkhir End If If ((dx2 < 0) And (dy2 = 0)) Then sdAkhir = 180 End If If ((dx2 = 0) And (dy2 < 0)) Then sdAkhir = 270 End If If (sdAkhir <= sdAwal) Then sdAkhir = sdAkhir + 360 End If dSudut = sdAkhir - sdAwal step = 3 jmlstep1 = dSudut / step jmlstep2 = Round(jmlstep1) If (jmlstep2 < jmlstep1) Then jmlstep2 = jmlstep2 + 1 step = dSudut / jmlstep2 End If tetaold = sdAwal For i = 1 To jmlstep2 tetanew = tetaold + step xold = r * Cos(tetaold * 3.14159265358979 / 180) yold = r * Sin(tetaold * 3.14159265358979 / 180) xnew = r * Cos(tetanew * 3.14159265358979 / 180) ynew = r * Sin(tetanew * 3.14159265358979 / 180) dx = xnew - xold dy = ynew - yold dx = (dx * 100) \ 1 dx = dx / 100 dy = (dy * 100) \ 1 dy = dy / 100 st = Str(dx) + " " + Str(dy) + " 0 " + Str(f) 'List1.AddItem (st) kirimG1 (st) tetaold = tetanew Next Text2.Text = r 'Left(a, InStr(a, ".") + 2) End Sub
46
Private Sub Command15_Click() Text4.BackColor = &HFFFF80 Text4.Text = 0 End Sub Private Sub Command16_Click() Text5.BackColor = &HFFFF80 Text5.Text = 0 End Sub Private Sub Command17_Click() Text6.BackColor = &HFFFF80 Text6.Text = 0 End Sub Private Sub Command2_Click() kata = Text1.Text List1.AddItem (kata) End Sub Private Sub Command3_Click() List1.Clear End Sub Private Sub Command4_Click() Command4.Enabled = False Command5.Enabled = False jmlStep = Trim(Text2.Text) cepat = Trim(Text3.Text) kata = jmlStep + " 0 0 " + cepat kirimG1 (kata) Command4.Enabled = True Command5.Enabled = True angka = Val(Trim(Text4.Text)) angka = angka + Val(jmlStep) Text4.Text = Str(angka) End Sub Private Sub Command5_Click() Command5.Enabled = False Command4.Enabled = False jmlStep = Trim(Text2.Text) cepat = Trim(Text3.Text) kata = "-" + jmlStep + " 0 0 " + cepat kirimG1 (kata) Command5.Enabled = True Command4.Enabled = True angka = Val(Trim(Text4.Text)) angka = angka - Val(jmlStep)
47
Text4.Text = Str(angka) End Sub Private Sub Command6_Click() Command6.Enabled = False Command7.Enabled = False jmlStep = Trim(Text2.Text) cepat = Trim(Text3.Text) kata = "0 " + jmlStep + " 0 " + cepat kirimG1 (kata) Command6.Enabled = True Command7.Enabled = True angka = Val(Trim(Text5.Text)) angka = angka + Val(jmlStep) Text5.Text = Str(angka) End Sub Private Sub Command7_Click() Command7.Enabled = False Command6.Enabled = False jmlStep = Trim(Text2.Text) cepat = Trim(Text3.Text) kata = "0 -" + jmlStep + " 0 " + cepat kirimG1 (kata) Command7.Enabled = True Command6.Enabled = True angka = Val(Trim(Text5.Text)) angka = angka - Val(jmlStep) Text5.Text = Str(angka) End Sub Private Sub Command8_Click() Command8.Enabled = False Command9.Enabled = False jmlStep = Trim(Text2.Text) cepat = Trim(Text3.Text) kata = "0 " + "0 " + jmlStep + " " + cepat kirimG1 (kata) Command8.Enabled = True Command9.Enabled = True angka = Val(Trim(Text6.Text)) angka = angka + Val(jmlStep) Text6.Text = Str(angka) End Sub Private Sub Command9_Click() Command8.Enabled = False Command9.Enabled = False jmlStep = Trim(Text2.Text) cepat = Trim(Text3.Text) kata = "0 " + "0 -" + jmlStep + " " + cepat kirimG1 (kata)
48
Command8.Enabled = True Command9.Enabled = True angka = Val(Trim(Text6.Text)) angka = angka - Val(jmlStep) Text6.Text = Str(angka) End Sub Private Sub Form_Load() sembunyiManual 'MSComm1.PortOpen = True xS = "0" yS = "0" zS = "0" fS = "10" iSi = "0" jS = "0" sS = "0" sisKor = 0 Text1.Text = "" Text2.Text = 1 Text3.Text = 100 Text4.Text = 0 Text5.Text = 0 Text6.Text = 0 tutupAwal Label4.Top = 240 Label4.Left = 240 Text7.Top = 740 Text7.Left = 240 Command14.Left = 240 Command14.Top = 1240 Form1.Width = 5000 Form1.Height = 3000 Form1.Caption = "SETUP JALUR KOMUNIKASI SERIAL" End Sub Private Sub tutupAwal() Label3.Visible = False Text1.Visible = False Command1.Visible = False Command2.Visible = False Command3.Visible = False Command10.Visible = False Command12.Visible = False Command13.Visible = False List1.Visible = False End Sub Private Sub bukaAwal() Label3.Visible = True Text1.Visible = True Command1.Visible = True Command2.Visible = True
49
Command3.Visible = True Command10.Visible = True Command12.Visible = True Command13.Visible = True List1.Visible = True Label4.Visible = False Text7.Visible = False Command14.Visible = False Form1.Width = 9900 Form1.Height = 8205 Form1.Caption = "MODE OTOMATIS" kiri = (Screen.Width - 9900) / 2 atas = (Screen.Height - 8205) / 2 Form1.Top = atas Form1.Left = kiri End Sub Private Sub sembunyiManual() Command4.Visible = False Command5.Visible = False Command6.Visible = False Command7.Visible = False Command8.Visible = False Command9.Visible = False Command11.Visible = False Label1.Visible = False Label2.Visible = False Command15.Visible = False Command16.Visible = False Command17.Visible = False Command12.Visible = True Command13.Visible = True Text2.Visible = False Text3.Visible = False Text4.Visible = False Text5.Visible = False Text6.Visible = False List1.Visible = True Form1.Width = 9900 Form1.Height = 8205 Form1.Caption = "MODE OTOMATIS" End Sub Private Sub tampilkanManual() Label1.Visible = True Label2.Visible = True Command15.Visible = True Command16.Visible = True Command17.Visible = True Command12.Visible = False Command13.Visible = False Text2.Visible = True
50
Text3.Visible = True Text4.Visible = True Text5.Visible = True Text6.Visible = True List1.Visible = False Form1.Width = 4950 Form1.Height = 7505 Form1.Caption = "MODE MANUAL" End Sub Private Sub Form_Unload(Cancel As Integer) If (MSComm1.PortOpen = True) Then MSComm1.PortOpen = False End If End Sub Private Sub MSComm1_OnComm() If (MSComm1.CommEvent = comEvReceive) Then tanda = Int(MSComm1.Input) End If End Sub Private Sub tunggu() tanda = 0 Do Until (tanda = 1) DoEvents Loop End Sub
51
L3 – Sertifikat Seminar SNTTM XVII
52
Hartono R., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 013-017
Analysis of Frame Structure a Moving Gantry type NC Router Machine for Wood Carving
Rachmad Hartono1, Sugiharto
2,*, dan Bukti Tarigan
2
1Jurusan Teknik Mesin-Fakultas Teknik, Universitas Pasundan – Bandung -Jawa Barat *Corresponding author: [email protected]
Abstract. Generally, wood-carving is still done manually so the low productivity and product quality is
highly dependent on the skill of craftsmen maker. To improve the productivity and uniformity of the quality produced can be done using an auxiliary machine tool, one of the machines is a NC router machine. A router machine is a machine used to make wood carvings on a flat surface area where the cutting tool rotation mechanism is carried out by an electric motor drive system. The router machine model consists of two types of conventional and an automatic router machine. The difference of the two types of these machines is a motion control system of the cutting tools. This paper will discuss the process of analysis the frame structure of a router machine for wood carving of automatic type gantry. The results of analysis structure design has a maximum deflection of 22 μm and a personal frequency of 118 Hz with an amplitude of 1.6 mm.
Abstrak. Umumnya pembuatan ukiran kayu masih dilakukan secara manual sehingga produktivitas rendah
dan kualitas produk sangat tergantung dari keahlian pengrajin pembuatnya. Untuk meningkatkan produktivitas dan keserangaman kualitas yang dihasilkan dapat dilakukan dengan menggunakan mesin perkakas bantu, salah satu mesin tersebut adalah mesin router. Mesin router adalah mesin yang digunakan untuk membuat ukiran kayu pada bidang permukaan datar dimana mekanisme perputaran pahat dilakukan oleh sebuah sistem penggerak motor listrik. Model mesin router terdiri dari dua jenis yaitu mesin router konvensional dan mesin router otomatis. Perbedaan dari dua jenis mesin tersebut adalah pada sistem pengendalian gerak pahatnya. Pada paper ini akan dibahas proses analisis struktur rangka mesin router untuk ukiran kayu model otomatis jenis moving gantry. Hasil analisis struktur rangka memiliki defleksi maksimum
22 μm dan frekuensi pribadi sebesar 118 Hz dengan amplitudo sebesar 1.6 mm. Keywords: router NC, moving gantry, ukiran kayu © 2018. BKSTM-Indonesia. All rights reserved Pendahuluan
Mesin CNC mulai dikembangkan oleh John T.
Parsons pada dekade tahun 1940-1950 [1,2]. Mesin dengan sistem kendali numerik ini dapat membuat suatu produk secara otomatis. Sistem kendali digunakan dalam pengendalian gerak pahat pemotong sesuai dengan gerakan pemotongan yang diinginkan.
Pada tahun 1970 an mulai dikembangkan NC sistem pada mesin CNC [3], dimana mesin dilengkapi mini komputer yang terintegrasi dengan mesin. Tiap perintah gerakan mesin tersimpan pada unit microcontroller yang ssbelumnya dibuat dalam bentuk PLC (Programmable Logic Controller).
Konfigunasi mesin router terdiri dari beberapa jenis yaitu (1) X-Y table, (2) cantilevered, (3) moving table, (4) Moving gantry, (5) pendulum, (6) 5–axis, dan (7) industrial robot fitted with a spindel router [1]. Pada konfigurasi mesin router X-Y table pengendaian dilakukan pada posisi meja dimana benda kerja disimpan. Meja penyimpan benda kerja dapat bergerak dalam arah x dan y.
Pada konfigunasi mesin router jenis cantilever,
pengedalian dilakukan pada posisi pisau/pahat pemotong, pahat disimpan pada ujung cantilever yang dapat bergerak pada sumbu x dan y menuntun gerakan pisau/pahat pemotong.
Gambar 1. Konfigunasi mesin router NC jenis
moving gantry Pada konfigurasi mesin router jenis moving
table pahat dapat bergerak pada sumbu y pada gantri dan meja dapat bergerak pada sumbu y.
Pada konfigurasi mesin router jenis moving gantry pisau/pahat pemotong dapat beregerak pada sumbu x dibatang gantri sedangkan gantri tempat pahat/pisau ditempatkan dapat bergerak pada
PMT – 03 | 13
53
Hartono R., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 013-017
sumbu y. Konfigurasi mesin router jenis pendulum atau dual table router adalah konfigurasi yang digunakan untuk meningkatkan volume pemotongan. Pisau/pahat pemotong ditempatkan pada gantri dan dapat bergerak pada sumbu x dan meja dapat bergerak pada sumbu y. Konfigurasi mesin router jenis 5-axis adalah jenis yang sudah cukup modern dimana pahat dapat bergerak pada 5 sumbu gerakan yang diinginkan. Konfigurasi yag terakhir adalah konfigunasi mesin router dimana pahat dapat bergerak pada 6 sumbu (6-axis). Mesin jenis ini dikenal dengan konfigunasi jenis industrial robot.
Dalam perkembangan desain sudah dilakukan beberapa perbaikan mulai dari desain sistem mekanik, mulai dari mekanika penuntun gerakan pahat, motor penggerak, material frame, dan sistem komunikasi microcontroller [1,2,4,5,6]. Jayachandraiah (2014) memberikan usulan desain dan pemilihan komponen untuk mesin router CNC 3-axis dengan biaya yang relatif murah [4]. Olufemi (2015) membuat keypad desain mesin drill router [5].
router dengan biaya pembuatan murah dengan menggunakan gantri tunggal [7].
Siripen (2006) membuat investigasi kondisi pemotongan optimal pada mesin CNC router pada kayu [8]. Cammelia (2014) membuat investigasi kemungkinan Mesin CNC router digunakan untuk membuat beberapa ormamen kompleks pada kayu [9].
Irfan Hilmy (2014) membuat konsep pemilihan konfigunasi dalam desain mesin CNC router [10]. Dhruv H. Patel (2014), membuat investigasi parameter pemesinan pada mesin CNC router [11]. Takeshi Ohuchi, (2015), membuat analisis pada proses miling kayu dengan menggunakan CNC router [12]. Piotr Iskra (2012), membuat proses monitoring pada CNC router pada kayu pada kualitas pemukaan hasil pemesinan [13]. Mehmet Emin Aktan (2016), membuat desain dan implementasi mesin CNC router 3 axis dengan CAM (Computer Aided Manufacturing) [10]
Dari beberapa penelitian yang dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa mesin router NC sangat dimungkinkan digunakan untuk proses manufaktur
Mulai Identifikasi
Studi literatur masalah
Pengumpulan data
Pembuatan konsep desain
Tidak Perancangan
Ya Apakah semua
komponen dalam Analisa Defleksi batas aman ?
Apakah frekuensi
Ya Analisa dinamik pribadi dekat Tidak dengan operasi
system ?
Apakah semua
Selesai Ya komponen berfungsi Pengujian Assembly dengan baik ?
Tidak
Gambar 2. Diagram alir Perancangan
Tidak
Apakah komponen tersedia
dipasaran, Atau dapat dibuat ?
Ya
Pembuatan
Mane (2016) membuat suatu review bahwa mesin router dengan konfigurasi jenis gantri akan memberikan biaya manufaktur lebih kecil dibanding dengan konfigurasi jenis lainnya.[6]. Alexander D. Sprunt (2000) membuat desain CNC
dari material kayu dan dapat digunakan untuk membuat beberapa ornamen kompleks. Harga mesin CNC router saat ini masih sangat mahal, sehinggga penelitian yang dapat menghasilkan suatu mesin router NC dengan harga yang relatif murah masih sangat terbuka lebar. Turunnya harga
PMT – 03 | 14
54
Hartono R., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 013-017
alat bantu untuk para pengrajin kriya seni kayu khususnya mesin router NC akan berdampak pada naiknya daya saing produk mereka di pasaran.
Pada paper ini akan dibahas proses analisis struktur rangka mesin router untuk ukiran kayu model otomatis jenis moving gantry
Metode Penelitian
Urutan perancangan dan pembuatan konstruksi mesin router NC digambarkan dengan diagram alir perancangan yang disajikan pada Gambar 1. Perancangan dimulai dari studi literarur, pengumpulan data, perancangan dan pembuatan.
Tahapan awal perancangan konstruksi mesin router NC diawali dengan membuat konsep perancangan struktur mesin. Struktur mesin yang dirancang harus memiliki kekakuan yang tinggi dan memiliki redaman yang cukup untuk mencegah getaran yang berlebihan.
Konsep perancangan bertujuan untuk mengetahui bagaimana bentuk mesin atau konstruksi mesin router NC yang akan dibuat. Konsep perancangan konstruksi mesin router NC dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Konsep perancangan mesin router NC jenis moving gantry
Mesin router yang dirancang adalah mesin router jenis moving gantry. Mesin router jenis moving gantry secara teoritis dapat mengerjakan benda kerja dengan ukuran tak berhingga secara bertahap. Mesin jenis ini mempunyai sepasang tiang (gantry) yang dapat bergerak pada suatu lintasan pada arah sumbu-y. Pada gantry tersebut dipasang konstruksi spindel yang dapat bergerak pada suatu lintasan pada arah sumbu-x. Pada pemegang pahat tersebut terdapat pemegang pahat yang dapat bergerak pada suatu lintasan pada arah sumbu-z. Mesin router yang dirancang mempunyai meja kerja berukuran 60 cm x 80 cm.
Mesin router yang dirancang sedapat mungkin menggunakan komponen-komponen utama yang telah tersedia di pasaran. Beberapa komponen-
komponen yang tersedia di pasaran adalah ballscrew, linear guide, motor spindel, motor servo, dan batang aluminium profil.
Ball screw adalah aktuator linier yang bertindak untuk mengubah gerak putar menjadi gerak lurus dengan gesekan kecil. Gesekan yang terjadi bisa kecil dikarenakan antara nut dengan boltnya terdapat bola baja yang berfungsi untuk mengurangi koefisien gesek.
Linear guide merupakan komponen mesin perkakas yang berfungsi untuk mengarahkan gerakan meja atau pahat pada suatu lintasan berupa garis. Linear guide terdiri dari guide dan linear bearing. Beberapa jenis linear guide yang tersedia di pasaran adalah linear guide hiwin, linear guide rail, dan linear guide shaft.
Motor spindel merupakan motor listrik DC yang porosnya sudah dilengkapi dengan pemegang pahat router. Motor spindel yang tersedia di pasaran sudah dilengkapi dengan pemegang motor dan rangkaian kontrol pengendali putaran motor spindel.
Aluminium profil merupakan batang aluminium hasil proses ekstrusi yang mempunyai bentuk penampang tertentu. Aluminium profil yang dapat digunakan untuk rangka mesin router adalah aluminium profil yang bentuk penampangnya sesuai dengan bentuk tempat kepala baut.
Kriteria utama mesin perkakas adalah defleksi yang terjadi pada setiap komponen harus sekecil mungkin dan mesin perkakas tidak mengalami resonansi ketika mesin tersebut dioperasikan. Rancangan yang telah dibuat perlu dianalisa kekakuannya akibat beban beratnya sendiri beban dari gaya-gaya pemotongan.
Analisa dinamik perlu dilakukan untuk menentukan frekuensi pribadi mesin router. Frekwensi pribadi mesin router perlu diketahui untuk memastikan apakah frekwensi operasi nilainya dekat dengan frekwensi pribadi sistem.
Pada mesin perkakas kriteria yang penting adalah akurasi dan presisi dari hasil pemotongan, sehingga frekuensi pribadi merupakan hal penting dalam merancang mesin perkakas. Jika mesin perkakas beroperasi pada frekuensi pribadinya maka akan sangat mudah terjadi vibrasi dan menghasilkan produk dengan penyimpangan yang besar. Persamaan frekuensi pribadi didefinisikan dengan persamaan;
! = "#/$ (1)
%&
Dimana k adalah kekakuan sistem (N/m) dan adalah massa sistem (kg).
PMT – 03 | 15
55
Hartono R., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 013-017
Analisis defleksi dilakukan dengan bantuan perangkat lunak Solidworks dan analisis frekuensi pribadi dengan menggunakan software ansys.
Hasil dan Pembahasan
Defleksi adalah perubahan bentuk pada struktur rangka mesin router NC akibat adanya pembebanan yang diberikan pada ujung spindle. Analisa defleksi dilakukan pada konstruksi mesin router NC dengan menggunakan simulasi analisis statik pada software solidwork.
Analisis defleksi akibat beban sendiri bertujuan
untuk mengetahui nilai defleksi keseleuruhan pada
komponen konstruksi mesin router NC. Hasil analisis,
defleksi terjadi sebesar 22 μm. Defleksi terbesar
terjadi pada bagian spindel holder.
Gambar 4. Defleksi struktur rangka mesin router NC
akibat beban sendiri
Analisa defleksi akibat beban dari luar dengan asumsi besar gaya yang bekerkja pada ujung spindel sebesar 75 N adalah sebesar 26 μm. Defleksi terbesar terjadi pada bagian spindle.
Gambar 5. Defleksi struktur rangka mesin router NC akibat gaya luar
frekuensi pribadinya karena akan menyebabkan peningkatan amplitudo getaran yang berkali lipat.
Gambar 6. Frekuensi pribadi struktur rangka mesin
router NC akibat gaya luar
Mesin perkakas umumnya mempunyai
penyimpangan geometris maksimum antara 20 μm – 50 μm dan frekuensi pribadi sistem sebesar 145 Hz [1]. Maka dari hasil analisa struktur rangka mesin router NC dapat digunakan sebagai mesin perkakas karena sesuai dengan penyimpangan yang diijinkan.
Dengan demikian model desain sruktur rangka mesin bisa dilanjutkan untuk proses pembuatan prototipenya.
Kesimpulan
Hasil analisis struktur rangka memiliki defleksi maksimum akibat beratnya sendiri sebesar 22 μm dan akibat gaya luar sebesar 26 μm, defleksi tersebut masih berada dalam rentang penyimpangan gemetri maksimum mesin perkakas [1]. Frekuensi operasi saat putaran spindel maksimum sebesar terjadi 118 Hz dan ini masih dibawah frekuensi operasi mesin perkakas.
Dengan demikian konsep desain struktur rangka mesin router NC dapat dilanjutkan ketahap proses pembuatan prototipe.
Penghargaan
Pada kesempatan ini penulis mengucapakan banyak terimakasih kepada kementrian Riset dan Pendidikan Tinggi RI yang telah membiayai penelitian ini.
Frekuensi pribadi yang terjadi sebesar 118
Hz dengan amplitudo sebesar 1.6 mm. Struktur
mesin harus dicegah untuk bekerja pada daerah
PMT – 03 | 16
56
Hartono R., dkk. / Prosiding SNTTM XVII, Oktober 2018, hal. 013-017
Referensi
[1] Samah Mochtar, (2013), Design and Structural analysis of a CNC Router, Final year project mecahical engineering Department faculy of engineering, Lebanese University.
[2] Wei Qin, (2013), Design and Analysis of Small Scale Cost Effective CNC Milling,, These, Master of Science in Mechanical Engineering in the Graduate College of the University of Illinois at Urbana-Champaign.
[3] Benhabib, Beno. (2003). Manufacturing: Design, Production, Automation, and Integration. New York: Marcel Dekker
[4] B.Jayachandraiah, (2014), Fabrication of Low Cost 3-Axis Cnc Router, International Journal of Engineering Science Invention, ISSN (Online): 2319 – 6734, ISSN (Print): 2319 – 6726.
[5] Olufemi B. Akinnuli, et all (2015), Design of a Keypad Operated CNC Drilling Router, International Journal of Engineering Research and General Science Volume 3, ISSN 2091-2730
[6] Y. L. Mane, B. B. Deshmukh, (2016) A Review on Retrofit Design and Static Analysis of 3-Axis Gantry System, IOSR Journal of Mechanical & Civil Engineering (IOSRJMCE), e-ISSN: 2278-1684,p-ISSN: 2320-334X, pp 23-28.
[7] Alexander D. Sprunt (2000), A three axis CNC Router Design, Final Project at Bachelor of Science at The Massachusetts Institute Of Technology
[8] Siripen Supadarattanawong (2006), An Investigation of the Optimal Cutting Conditions in Parawood (Heavea Brasiliensis) Machining Process on a CNC Wood Router, Kasetsart J. (Nat. Sci.) 40 : 311 – 319.
[9] Camelia Cosereanu (2014), Complex ormament machining process on CNC Router, Pro Ligno, Vol 10 No 2014 pp 22-30.
[10] Irfan Hilmy (2014), Development of Design Structure Matrix of Product Architecture Case Study: Multi Purpose CNC Router, Proceeding ICAMME 2014
[11] Dhruv H. Patel (2014), An Investigation Effect of Machining Parameters on CNC Router, IJEDR, Volume 2, Issue 2.
[12] Takeshi Ohuchi, (2015), Milling of wood and wood-based materials with a computerized numerically controlled router
IV: development of automatic measurement system for cutting edge profile of throw-away type straight bit, J Wood Sci (2005) 51:278–281.
[13] Piotr Iskra (2012), Toward a process
monitoring of CNC wood router. Sensor selection and surface roughness prediction, Wood Sci Technol 46:115–128
[14] Mehmet Emin Aktan (2016), Design and Implementation of 3 Axis CNC Router for Computer Aided Manufacturing Courses, MATEC Web of Conferences 45, 05002 DOI:10.1051/matecconf/20164505
57
Analysis of Frame Structure a Moving Gantry type NC Router Machine
for Wood Carving
Sugiharto1,*
, Rachmad Hartono1,dan Bukti Tarigan
1
1Mechanical Engineering Department - Universitas Pasundan – Bandung -Jawa Barat-Indoneia
*Corresponding author: [email protected]
Abstract. Generally, wood-carving is still done manually so the low productivity and product quality is
highly dependent on the skill of craftsmen maker. To improve the productivity and uniformity of the quality
produced can be done using an auxiliary machine tool, one of the machines is a NC router machine. A router
machine is a machine used to make wood carvings on a flat surface area where the cutting tool rotation
mechanism is carried out by an electric motor drive system. The router machine model consists of two types
of conventional and an automatic router machine. The difference of the two types of these machines is a
motion control system of the cutting tools. This paper will discuss the process of analysis the frame structure
of a router machine for wood carving of automatic type gantry. The results of analysis structure design has a
maximum deflection of 22 μm and a personal frequency of 118 Hz with an amplitude of 1.6 mm.
Keyword: router NC, moving gantry, wood carving
Introduction
CNC machine was developed by John T.
Parsons in the decade 1940-1950 [1,2]. Machines
with numerical control systems can make a product
automatically. The control system is used in
controlling the cutting tool motion according to the
desired cutting motion.
In the 1970s NC systems were developed on
CNC machines [3], where machines were equipped
with integrated mini computers. Each machine
movement command is stored in a microcontroller
unit that was previously made in the form of a PLC
(Programmable Logic Controller).
Configuring the router machine consists of
several types, namely (1) XY table, (2)
cantilevered, (3) moving table, (4) Moving gantry,
(5) pendulum, (6) 5-axis, and (7) industrial robot
fitted with a router spindle [1]. In the configuration
of the router machine X-Y the control table is
performed at the position of the table where the
workpiece is stored. The workpiece storage table
can move in the x and y directions.
In configuring the router machine type
cantilever, the control is carried out in the position
of the chisel cutter, the tool is stored on the
cantilever tip which can move on the x axis and y
guides the chisel movement.
In the router machine configuration the type of
moving table tool can move on the y axis on the
gantry and the table can move on the y axis.
Configuration of the router machine a moving
gantry types a chisel could move in the x axis at the
gantry shaft while the gantry could move on the y
axis where on the gantry the chisel cutting is
placed. In the type pendulum router machine or
dual table router a configuration used to increase
the cutting volume. The cutting chisel is placed on
the gantry and could move on the x axis and the
table can move on the y axis.While the 5-axis
router machine configuration is a fairly modern
type where the tool can move on the desired 5 axis
of movement. And the last configuration is a router
machine configuration where the tool can move on
6 axis, this type of machine is known as a type of
industrial robot configuration.
58
Fig 1 Configure the NC router machine for the type
of moving gantry [1]
In the development of the router machine
design several improvements have been made
starting from the design of mechanical systems
until mechanism guidance a chisel movements,
driving motors, frame materials, and
microcontroller of communication systems of
machine [1,2,4,5,6]. Jayachandraiah (2014)
proposed a design and selection of components for
CNC 3-axis router machines at a relatively low cost
[4]. Olufemi (2015) made a design a keypad the
router drill machine [5].
Mane (2016) made a review that a router
machine with a type of gantry configuration would
provide a smaller production cost compared to
other types of configurations. [6]. Alexander D.
Sprunt (2000) made the design of a CNC router
with low production costs using a single gantry [7].
While, Siripen (2006) made an investigation of
optimal cutting conditions on CNC router machines
on wood [8]. Cammelia (2014) made an
investigation into the possibility of CNC router
machines being used to make several complex
ormamen on wood [9].
Irfan Hilmy (2014) made the concept of
configation selection in the design of CNC router
machines [10]. Dhruv H. Patel (2014), made an
investigation of machining parameters on a CNC
router machine [11].
Takeshi Ohuchi, (2015), made an analysis on
the process of wood miling using a CNC router
[12]. Piotr Iskra (2012), made the monitoring
process on CNC routers on wood on the quality of
machining surface [13]. Mehmet Emin Aktan
(2016), made the design and implementation of a 3
axis CNC router machine with CAM (Computer
Aided Manufacturing) [10]
59
From several studies conducted it can be
concluded that NC router machines are very
possible to be used for manufacturing processes of
wood material and can be used to make several
complex ornaments. The price of CNC router
machines is currently very expensive, so research
that can produce a NC router machine at a
relatively cheap price is still very wide open. The
decline in the price of tools for wood artisan
craftsmen, especially NC router machines will have
an impact on increasing the competitiveness of their
products on the market.
This paper will discuss the process of analysis
of frame structure for the wood carving router
machine automatic models kind of moving gantry.
Method
The order of design and construction the NC
router machine construction is illustrated by the
design flow diagram presented in Fig. 1. The design
starts from the study of literars, data collection,
design and manufacture.
The initial stage of designing the NC router
machine construction begins with making a
machine structure design concept. Structures
designed machines should have a high rigidity and
has a sufficient damping to prevent excessive
vibration.
The design concept aims to find out how the shape
of the machine or construction of the NC router
machine will be made. The concept of designing
the NC router machine construction can be seen in
Fig. 3.
Gambar 3. Konsep perancangan mesin router
NC jenis moving gantry
Fig. 2. Design Flow Chart
60
Mesin router yang dirancang adalah mesin
router jenis moving gantry. Mesin router jenis
moving gantry secara teoritis dapat mengerjakan
benda kerja dengan ukuran tak berhingga secara
bertahap. Mesin jenis ini mempunyai sepasang
tiang (gantry) yang dapat bergerak pada suatu
lintasan pada arah sumbu-y. Pada gantry tersebut
dipasang konstruksi spindel yang dapat bergerak
pada suatu lintasan pada arah sumbu-x. Pada
pemegang pahat tersebut terdapat pemegang pahat
yang dapat bergerak pada suatu lintasan pada arah
sumbu-z. Mesin router yang dirancang mempunyai
meja kerja berukuran 60 cm x 80 cm.
Mesin router yang dirancang sedapat mungkin
menggunakan komponen-komponen utama yang
telah tersedia di pasaran. Beberapa komponen-
komponen yang tersedia di pasaran adalah
ballscrew, linear guide, motor spindel, motor servo,
dan batang aluminium profil.
Ball screw adalah aktuator linier yang
bertindak untuk mengubah gerak putar menjadi
gerak lurus dengan gesekan kecil. Gesekan yang
terjadi bisa kecil dikarenakan antara nut dengan
boltnya terdapat bola baja yang berfungsi untuk
mengurangi koefisien gesek.
Linear guide merupakan komponen mesin
perkakas yang berfungsi untuk mengarahkan
gerakan meja atau pahat pada suatu lintasan berupa
garis. Linear guide terdiri dari guide dan linear
bearing. Beberapa jenis linear guide yang tersedia
di pasaran adalah linear guide hiwin, linear guide
rail, dan linear guide shaft.
Motor spindel merupakan motor listrik DC yang
porosnya sudah dilengkapi dengan pemegang pahat
router. Motor spindel yang tersedia di pasaran
sudah dilengkapi dengan pemegang motor dan
rangkaian kontrol pengendali putaran motor
spindel.
Aluminium profil merupakan batang aluminium
hasil proses ekstrusi yang mempunyai bentuk
penampang tertentu. Aluminium profil yang dapat
digunakan untuk rangka mesin router adalah
aluminium profil yang bentuk penampangnya
sesuai dengan bentuk tempat kepala baut.
Kriteria utama mesin perkakas adalah defleksi
yang terjadi pada setiap komponen harus sekecil
mungkin dan mesin perkakas tidak mengalami
resonansi ketika mesin tersebut dioperasikan.
Rancangan yang telah dibuat perlu dianalisa
kekakuannya akibat beban beratnya sendiri beban
dari gaya-gaya pemotongan.
Analisa dinamik perlu dilakukan untuk
menentukan frekuensi pribadi mesin router.
Frekwensi pribadi mesin router perlu diketahui
untuk memastikan apakah frekwensi operasi
nilainya dekat dengan frekwensi pribadi sistem.
Pada mesin perkakas kriteria yang penting
adalah akurasi dan presisi dari hasil pemotongan,
sehingga frekuensi pribadi merupakan hal penting
dalam merancang mesin perkakas. Jika mesin
perkakas beroperasi pada frekuensi pribadinya
maka akan sangat mudah terjadi vibrasi dan
menghasilkan produk dengan penyimpangan yang
besar. Persamaan frekuensi pribadi didefinisikan
dengan persamaan;
√
(1)
Dimana k adalah kekakuan sistem (N/m) dan
adalah massa sistem (kg).
Analisis defleksi dilakukan dengan bantuan
perangkat lunak Solidworks dan analisis frekuensi
pribadi dengan menggunakan software ansys.
Hasil dan Pembahasan
Defleksi adalah perubahan bentuk pada struktur
rangka mesin router NC akibat adanya pembebanan
yang diberikan pada ujung spindle. Analisa defleksi
dilakukan pada konstruksi mesin router NC dengan
menggunakan simulasi analisis statik pada software
solidwork.
Analisis defleksi akibat beban sendiri bertujuan
untuk mengetahui nilai defleksi keseleuruhan pada
komponen konstruksi mesin router NC. Hasil
analisis, defleksi terjadi sebesar 22 μm. Defleksi
terbesar terjadi pada bagian spindel holder.
61
Gambar 4. Defleksi struktur rangka mesin router
NC akibat beban sendiri
Analisa defleksi akibat beban dari luar dengan
asumsi besar gaya yang bekerkja pada ujung
spindel sebesar 75 N adalah sebesar 26 μm.
Defleksi terbesar terjadi pada bagian spindle.
Gambar 5. Defleksi struktur rangka mesin router
NC akibat gaya luar
Frekuensi pribadi yang terjadi sebesar 118
Hz dengan amplitudo sebesar 1.6 mm. Struktur
mesin harus dicegah untuk bekerja pada daerah
frekuensi pribadinya karena akan menyebabkan
peningkatan amplitudo getaran yang berkali
lipat.
Gambar 6. Frekuensi pribadi struktur rangka mesin
router NC akibat gaya luar
Mesin perkakas umumnya mempunyai
penyimpangan geometris maksimum antara 20 μm
– 50 μm dan frekuensi pribadi sistem sebesar 145
Hz [1]. Maka dari hasil analisa struktur rangka
mesin router NC dapat digunakan sebagai mesin
perkakas karena sesuai dengan penyimpangan yang
diijinkan.
Dengan demikian model desain sruktur rangka
mesin bisa dilanjutkan untuk proses pembuatan
prototipenya.
Kesimpulan
Hasil analisis struktur rangka memiliki
defleksi maksimum akibat beratnya sendiri sebesar
22 μm dan akibat gaya luar sebesar 26 μm, defleksi
tersebut masih berada dalam rentang penyimpangan
gemetri maksimum mesin perkakas [1]. Frekuensi
operasi saat putaran spindel maksimum sebesar
terjadi 118 Hz dan ini masih dibawah frekuensi
operasi mesin perkakas.
Dengan demikian konsep desain struktur
rangka mesin router NC dapat dilanjutkan ketahap
proses pembuatan prototipe.
Penghargaan
Pada kesempatan ini penulis mengucapakan banyak
terimakasih kepada kementrian Riset dan
Pendidikan Tinggi RI yang telah membiayai
penelitian ini.
Referensi
[1] Samah Mochtar, (2013), Design and
Structural analysis of a CNC Router, Final
year project mecahical engineering
Department faculy of engineering,
Lebanese University.
[2] Wei Qin, (2013), Design and Analysis of
Small Scale Cost Effective CNC Milling,,
These, Master of Science in Mechanical
Engineering in the Graduate College of the
62
University of Illinois at Urbana-
Champaign.
[3] Benhabib, Beno. (2003). Manufacturing:
Design, Production, Automation, and
Integration. New York: Marcel Dekker
[4] B.Jayachandraiah, (2014), Fabrication of
Low Cost 3-Axis Cnc Router, International
Journal of Engineering Science Invention,
ISSN (Online): 2319 – 6734, ISSN (Print):
2319 – 6726.
[5] Olufemi B. Akinnuli, et all (2015), Design
of a Keypad Operated CNC Drilling
Router, International Journal of
Engineering Research and General Science
Volume 3, ISSN 2091-2730
[6] Y. L. Mane, B. B. Deshmukh, (2016) A
Review on Retrofit Design and Static
Analysis of 3-Axis Gantry System, IOSR
Journal of Mechanical & Civil Engineering
(IOSRJMCE), e-ISSN: 2278-1684,p-ISSN:
2320-334X, pp 23-28.
[7] Alexander D. Sprunt (2000), A three axis
CNC Router Design, Final Project at
Bachelor of Science at The Massachusetts
Institute Of Technology
[8] Siripen Supadarattanawong (2006), An
Investigation of the Optimal Cutting
Conditions in Parawood (Heavea
Brasiliensis) Machining Process on a CNC
Wood Router, Kasetsart J. (Nat. Sci.) 40 :
311 – 319.
[9] Camelia Cosereanu (2014), Complex
ormament machining process on CNC
Router, Pro Ligno, Vol 10 No 2014 pp 22-
30.
[10] Irfan Hilmy (2014), Development of
Design Structure Matrix of Product
Architecture Case Study: Multi Purpose
CNC Router, Proceeding ICAMME 2014
[11] Dhruv H. Patel (2014), An Investigation
Effect of Machining Parameters on CNC
Router, IJEDR, Volume 2, Issue 2.
[12] Takeshi Ohuchi, (2015), Milling of wood
and wood-based materials with a
computerized numerically controlled router
IV: development of automatic
measurement system for cutting edge
profile of throw-away type straight bit, J
Wood Sci (2005) 51:278–281.
[13] Piotr Iskra (2012), Toward a process
monitoring of CNC wood router. Sensor
selection and surface roughness prediction,
Wood Sci Technol 46:115–128
[14] Mehmet Emin Aktan (2016), Design and
Implementation of 3 Axis CNC Router for
Computer Aided Manufacturing Courses,
MATEC Web of Conferences 45, 05002
DOI:10.1051/matecconf/20164505002.
63
EVALUASI ATAS CAPAIAN LUARAN KEGIATAN
Ketua : Ir. Rachmad Hartono M.T.
Perguruan Tinggi : Universitas Pasundan Bandung
Judul : RANCANG BANGUN MESIN ROUTER NC UNTUK KEBUTUHAN KRIYA SENI KAYU
Waktu Kegiatan : tahun ke- 2 dari rencana 3 tahun
Luaran yand direncanakan dan capaian tertulis dalam proposal awal:
No Luaran yang direncanakan Capaian
1 Publikasi Ilmiah Internasional Draft
2 Pemakalah Temu Ilmiah Sudah
3 Purwarupa Produk
CAPAIAN (Lampiran bukti-bukti luaran dari kegiatan dengan judul yang tertulis di atas, bukan dari
kegiatan penelitian/pengabdian dengan judul lain sebelumnya)
1. PUBLIKASI ILMIAH
Keterangan
Artikel Jurnal Ke-1
Nama jurnal yang dituju
Klasifikasi jurnal Jurnal Nasional Terakreditasi/Jurnal Internasional
Impact factor jurnal
Judul artikel
Status naskah (beri tanda)
- Draf
- Sudah dikirim ke jurnal
- Sedang ditelaah
- Sedang direvisi
- Revisi sudah dikirim ulang
- Sudah diterima
- Sudah terbit
*Jika masih ada artikel ke-2 dan seterusnya, uraikanpada lembaran tambahan.
64
2. BUKU AJAR
Buku ke-1
Judul :
Penulis :
Penerbit :
Jika masih ada buku ke-2 dan seterusnya, uraikan pada lembar tambahan.
3. PEMBICARA PADA TEMU ILMIAH (SEMINAR/SIMPOSIUM)
Nasional Internasional
Judul Makalah Analysis of Frame Structure
a Moving Gantry type NC
Router Machine for Wood
Carving
Nama Temu Ilmiah SNTTM XVII
Tempat Pelaksanaan Kupang
Waktu Pelaksanaan Oktober 2018
- Draf makalah
- Sudah dikirim
- Sedang direview
- Sudah dilaksanakan
Jika masih ada temu ilmiah ke-2 dan seterusnya, uraikan pada lembar tambahan.
4. SEBAGAI INVITED SPEAKER
Nasional Internasional
- Bukti undangan dari panitia
- Judul makalah
- Penulis
- Penyelenggara
- Waktu pelaksanaan
- Tempat pelaksanaan
- Draf makalah
- Sudah dikirim
- Sudah direview
- Sudah dilaksanakan
Jika masih ada undangan ke-2 dan seterusnya, uraikan pada lembar tambahan.
65
5. UNDANGAN SEAGAI VISITING SCIENTIST PADA PERGURUAN TINGGI LAIN
Nasional Internasional
- Bukti undangan
- Perguruan tinggi
pengundangan
- Lama kegiatan
- Kegiatan penting yang
dilakukan
Jika masih ada undangan ke-2 dan seterusnya, uraikan pada lembar tambahan.
6. CAPAIAN LUARAN LAINNYA
HIKI
TEKKNOLOGI
TEPAT GUNA
REKAYASA
SOSIAL
JEJARING KERJA
SAMA
PENGHARGAAN
LAINNYA (Tuliskan)
Bandung, 16 November 2018
Ketua,