6 optimasi parameter permesinan terhadap waktu proses pada pemrograman cnc milling dengan berbasis...

Dinamika Teknik Mesin, Volume 6 No. 1 Juni 2016 Yudhyadi, Rachmanto, Ramadan: Optimasi parameter per-p. ISSN: 2088-088X, e. ISSN: 2502-1729 mesinan terhadap waktu proses pada pemrograman CNC

38

OPTIMASI PARAMETER PERMESINAN TERHADAP WAKTU PROSESPADA PEMROGRAMAN CNC MILLING DENGAN BERBASIS CAD/CAM

I G.N.K. Yudhyadi*, Tri Rachmanto, Adnan Dedy Ramadan,Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mataram, Jl. Majapahit no. 62, Mataram, NTB,

83125, Indonesia*Email: [email protected]

ABSTRACTMilling process is one of many machining processes for manufacturing component. The

length of time in the process of milling machining is influenced by selection and design ofmachining parameters including cutting speed, feedrate and depth of cut. The purpose of thisstudy to know the influence of cutting speed, feedrate and depth of cut as independent variablesversus operation time at CNC milling process as dependent variables. Each independentvariable consists of three level of factors; low, medium and high.Time machining process ismeasured from operation time simulation program, feed cut length and rapid traverse length.The results of statistically from software simulation MasterCam X Milling, then do comparison toCNC Milling machine. The data from experiments was statistical analyzed by Anova andRegression methods by software minitab 16.Results show that the greater feedrate and depthof cut shorten the operation time of machinery, whereas cutting speed is not significantinfluence. Depth of cut has the most highly contribution with the value of 49.56%, followed byfeedrate 43% and cutting speed 0.92%. Optimal time of machining process total is 71.92minutes, with machining parameter on the condition cutting speed is 75360 mm/minutes,feedrate is 800 mm/minutes and depth of cut = 1 mm. Results of comparison time machiningprocess in software Mastercam X milling with CNC Milling machine indicates there is differencenot significant with the value of 0,35%.

Keywords: Machining parameter, CNC milling, optimize, CAD/CAM, anova.

PENDAHULUANPerkembangan teknologi manufaktur

yang semakin pesat dan semakin tingginyakompetisi antara produsen produk-produkmanufaktur, kebutuhan akan kualitas produkyang tinggi (high quality product) yangdihasilkan dengan kecepatan produksi yangtinggi (high speed manufacturing). Dimanapada saat ini dalam pengembangan danperencanaan produk tidak terlepas akankebutuhan teknologi, dengan kebutuhan yangsangat tinggi maka dikembangkanlah sistemotomasi. Otomasi dapat didefinisikan sebagaiteknologi yang berlandaskan pada aplikasisistem mekanik, elektronik dan computer,sehingga pekerjaan tahap pengembanganmeliputi perencanaan, persiapan, perakitan,instalasi, pemrograman, inspeksi,komisioning. Dewasa ini filosofi yang banyakdigunakan adalah Concurrent Engineering(CE). Concurrent Engineering menurut U. S.Institute of Defence adalah suatu pendekatansistematis terhadap desain produk dan prosesyang terkait secara bersamaan danterintegrasi, termasuk di dalamnyamanufacturing dan pendukung lainnya.

Kesemuanya itu membutuhkan sistempendukung proses manufaktur yang handal.Salah satu pendukung tersebut adalah sistem

CAD/CAM. CAD/CAM memiliki dua bagianyakni desain gambar CAD (Computer AidedDesign) dan desain gambar CAM (ComputerAided Machine). Desain yang dihasilkan olehsoftware CAD/CAM ini nantinya akan diubahmenjadi bahasa pemrograman (G Code) yangselanjutnya dikerjakan oleh mesin CNC(Computer Numerical Control). Penggunaanmesin CNC sebagai mesin perkakas dalamproses permesinan modern semakin banyakdijumpai dalam industri manufaktur, CNCmilling dalam hal ini memiliki fungsi untukmengerjakan suatu komponen secara efisien,hemat waktu, dan hemat biaya. Denganprogram yang telah disiapkan sebelumnya,komponen-komponen yang sama dapatdiproduksi berkali-kali dengan akurasi yangtepat (Krar dkk, 1999).

Proses permesinan yang dilakukanpada mesin CNC milling adalah prosespenyayatan benda kerja menggunakan alatpotong yang berputar. Beberapa parameteryang bisa mempengaruhi proses permesinanadalah cutting speed yang berhubungandengan dengan putaran motor dan diameteralat potong, feedrate berhubungan dengankecepatan pemakanan dan depth of cut(kedalaman pemakanan). Ketiga parameterpemakanan tersebut merupakan parameter


39

penting dalam sebuah proses permesinan.Pemilihan parameter pemotongan yang tepatdalam proses permesinan adalah hal yangsangat penting untuk meraih kualitas produkyang baik serta proses yang ekonomis danproduktif (Draganescu dkk, 2001).

Kualitas produk hasil CNC milling dapatdilihat dari waktu proses pengerjaanya. Olehkarena itu hasil CNC milling perlu diperhatikandan dicari solusi untuk mendapatkan waktuyang optimal. Untuk mengatasi hal ini, makaperlu diadakakn penelitian sehingga nantinyadapat melakukan variasi parameterpermesinan untuk menghasilkan waktuproses yang optimal pada pemrograman CNCMilling. Dari ketiga parameter tersebutdiperkirakan akan mempengaruhi waktuproses dalam pemrograman mesin CNCMilling. Maka pada penelitian ini akan dicariwaktu yang optimal dalam pemrogramanpada CNC Milling berdasarkan variasi dariparameter-parameter tersebut selanjutnyauntuk mengetahui pengaruh ketiga parametertersebut.

TINJAUAN PUSTAKAProses Permesinan

Proses permesinan frais (milling)adalah proses penyayatan benda kerjamenggunakan alat potong dengan matapotong jamak yang berputar (Rochim, 1993).Proses penyayatan dengan gigi potong yangbanyak yang mengitari pisau ini bisamenghasilkan proses permesinan lebih cepat.Permukaan yang disayat bisa berbentukdatar, menyudut, atau melengkung.Permukaan benda kerja bisa juga berbentukkombinasi dari beberapa bentuk. Mesin yangdigunakan untuk memegang benda kerja,memutar pisau, dan penyayatannya disebutmesin frais (milling machine).

Proses permesinan milling seringdigunakan dalam pembuatan cetakan(mould), untuk pekerjaan perataanpermukaan, pembentukan roda gigi,pembentukan pola permukaan, dan pekerjaanbor. Pada proses permesinan milling terdapatbeberapa parameter yang berpengaruhterhadap kekasaran permukaan komponendiantaranya adalah kecepatan pemotonganatau kecepatan putaran spindel, kedalamanpemakanan, geometri pahat, kecepatanpemakanan dan penggunaan cairanpendingin. Proses terbentuknya geram telahditeliti untuk menemukan bentuk yangmendekati ideal, berapa kecepatan (speed),gerak makan (feed) dan parameter yang lain,yang di masa yang lalu diperoleh dengan

perkiraan oleh para ahli dan operator prosespermesinan.

CAD/CAM & CNCCAD/CAM merupakan program

permesinan yang sangat efektif untuk prosespembentukan, dimana bentuk-bentuk yangtidak dapat diproses dengan mesinkonvensional maka dengan mengunakanproses CAD/CAM tidak lagi mendapatkesulitan. Product life cycle yang makinsingkat menuntut waktu pengembanganproduk dan waktu produksi yang cepat.Keterkaitan berbagai parameter yang rumitdan saling berinteraksi dapat diselesaikandengan cepat. Di dunia industri saat ini, fungsiCAD sangat vital. Dengan CAD kesalahandalam proses pembuatan desain bisadiminimalkan, yang berarti waktu dan biayadapat sangat dioptimalkan.

Sebagai software CAD, solidworksdipercaya sebagai perangkat lunak untukmembantu proses desain suatu benda ataubangunan dengan mudah. Keunggulansolidworks dari software CAD lain adalahmampu menyediakan sketsa 2D yang dapatdiupgrade menjadi bentuk 3D. Software inijuga dapat melakukan simulasi pada desainyang telah buat. Analisi kekuatan desain jugadapat dilakukan secara sederhana dengansolidworks dan dapat membuat desainanimasi menggunakan fitur yang telahdisediakan solidworks.

Computer aided manufacturing (CAM)adalah penggunaan software komputer untukmengontrol tools mesin ataupun bagian mesinlainnya yang berhubungan dengan prosespermesinan. Definisi lain dari CAM jugaberarti penggunaan komputer yang berfungsiuntuk membantu dalam semua perencanaanmanufaktur, termasuk didalamnyaperencanaan, managemen, transportasi danpenyimpanan (Ricky, 2009). Integrasi CAMdengan sistem CAD menghasillan prosesmanufaktur yang lebih cepat dan lebih efisien.Digunakanlah mesin CNC untuk melakukanproses permesinan dan perancangan. Dibanyak kasus sistem CAM akan bekerjadengan perancangan CAD yang dibuat dilingkungan 3 dimensi. Programmer CNC akanmenentukan operasi mesin dan sistem CAMyang akan membuat program CNC.Kompatibilitas sistem CAD/CAM dibatasiuntuk kebutuhan pengenalan kembalikonfigurasi bidang kerja bagi sistem CAM.Dengan kata lain perangkat lunak CAMbiasanya terdapat bersama dengan mesinCNC.


40

Gambar 1. Tiga klasifikasi proses frais : (a) Frais periperal (slab milling), (b) frais muka (facemilling), dan (c) frais jari (end milling).

MasterCAM merupakan perangkatlunak yang dikembangkan dari CNC SoftwareInc, dimana software ini sebelumnya sudahfamiliar di pemesinan, MasterCAM adalahsalah satu program CAM yang cukup popular.Software MasterCAM memungkinkanpengerjaan mendesain, kemudianmerencanakan proses pembuatannya melaluisimulasi yang dilaksanakan secara berurutanatau simultan dan kemudian membuatnyamenjadi suatu program NC.

Hasil perpaduan teknologi komputerdan teknologi mekanik inilah yang selanjutnyadinamakan CNC (Computer NumericalControl). Sistem pengoperasian CNCmenggunakan program yang dikontrollangsung oleh komputer. Secara umumkonstruksi mesin perkakas CNC dan sistemkerjanya adalah sinkronisasi antara komputerdan mekaniknya. Jika dibandingkan denganmesin perkakas konvensional yang setarafdan sejenis, mesin perkakas CNC lebihunggul baik dari segi ketelitian (accurate),ketepatan (precision), fleksibilitas, dankapasitas produksi.

Mesin CNC adalah suatu mesin yangdikontrol oleh komputer denganmenggunakan bahasa numerik (data perintahdengan kode angka, huruf dan simbol) sesuaistandart ISO. Sistem kerja teknologi CNC iniakan lebih sinkron antara komputer danmekanik, sehingga bila dibandingkan denganmesin perkakas yang sejenis, maka mesinperkakas CNC lebih teliti, lebih tepat, lebihfleksibel dan cocok untuk produksi masal.Dengan dirancangnya mesin perkakas CNCdapat menunjang produksi yangmembutuhkan tingkat kerumitan yang tinggidan dapat mengurangi campur tanganoperator selama mesin beroperasi. Untukmengoperasikan mesin-mesin CNCdiperlukan software. Software yang digunakanadalah operating system software danmachine interface software. Softwaredigunakan untuk Operating system

menginterprestasikan progam korespondensiantara kontrol mesin. Machine interfacemengoperasikan link antara NC danmembangkitkan sinyal dengan drive darisoftware digunakan untuk komputer danmesin CNC sehingga mesin dapat beroperasi.Mesin CNC yang terhubung dengan komputertidak hanya memungkinkan operator untukmenjalankan program tetapi jugamemodifikasi program tersebut, baik setelahdiinputkan ataupun dijalankan.

Parameter PermesinanParameter proses permesinan frais

adalah, dasar-dasar perhitungan yangdigunakan untuk menentukan perhitunganperhitungan dalam prosespemotongan/penyayatan permesinan fraisdiantaranya, kecepatan potong (Vc),kecepatan putaran mesin (rpm), kecepatanpemakanan (Vf) dan kedalaman pemotongan(depth of cut). Pada proses permesinandengan menggunakan mesin milling terdapatbeberapa parameter pemotongan, antara lain:(1). Kecepatan potong (Cutting speed)

Kecepatan potong merupakankecepatan gerak putar pahat, yangdinyatakan dalam meter/menit. Kecepatangerak pahat tergantung dari bahan bendakerja yang akan di-milling dan bahan daripahat potong itu sendiri, untuk mencarikecepatan pemotong rumusnya dengan:

dnVc (1)

Dimana Vc adalah kecepatan potong(mm/menit), d menunjukan diameter pisau(mm), n adalah putaran spindle (rpm).


41

Tabel 1. Kecepatan potong untuk beberapajenis bahan.

No Bahan Benda Kerja Vc(m/menit)

1 Kuningan, Perunggu keras 30 – 452 Besi tuang 14 – 213 Baja >70 10 – 144 Baja 50-70 14 – 215 Baja 34-50 20 – 306 Tembaga, Perunggu lunak 40 – 707 Aluminium murni 300 – 5008 Plastik 60 - 100

( Sumber : Sumbodo, 2008)

(2). Putaran spindle (spindle speed)Kecepatan putaran mesin adalah

kemampuan kecepatan putaran mesin dalamsatu menit. Dalam hal ini mengingat nilaikecepatan potong untuk setiap jenis bahansudah ditetapkan secara baku, maka

komponen yang bisa diatur dalam prosespenyayatan adalah putaran mesin/bendakerja. Nilai putaran dapat dihitungmenggunakan persamaan (1).

(3). Kecepatan pemakanan (Feedrate)Gerak makan (f) adalah jarak lurus

yang ditempuh pisau dengan laju konstanrelatif terhadap benda kerja dalam satuanwaktu, biasanya satuan gerak makan yangdigunakan adalah mm/menit.

znfV zf (2)

Dengan Vf adalah kecepatan makan(mm/menit), n menunjukan putaran spindle(rpm), z adalah jumlah gigi pada pahat (tooth)dan fz adalah kecepatan makan pergigi(mm/tooth).

Tabel 2. Gerak makan (f) untuk berbagai kedalaman potong dan material benda kerja untukbeberapa diameter alat potong (End Mill)

MaterialDiameter Alat Potong

Kedalaman ( 1,25 mm ) Kedalaman ( 6 mm )3 mm 10 mm 12,5 mm 10 mm 18 mm

Low-carbonsteel 0,0012 - 0,025 0,050 - 0,075 0,075 - 0,1 0,025 - 0,050 0,050 - 0,1

High-carbonsteel 0,0003 - 0,025 0,025 - 0,075 0,050 - 0,1 0,0003 -

0,025 0,025 - 0,1

Tool Steel 0,0012 - 0,025 0,025 - 0,075 0,050 - 0,1 0,025 - 0,050 0,075 - 0,1Cast

AluminiumAlloy

0,05 0,075 0,125 0,075 0,2

CastAluminium

Hard0,025 0,075 0,125 0,075 0,15

Brass &Bronze 0,0012 - 0,025 0,075 - 0,1 0,1 - 0,15 0,05 - 0,075 0,1 - 0,15

Plastics 0,05 0,08 0,125 0,075 0,2(Sumber: Wijanarka, 2011), Catatan: Harga gerak makan (fz) dalam mm/gigi, sehingga perludikalikan dengan jumlah gigi (z).

(4). Kedalaman pemotongan (Depth of cut)Kedalaman potong (a) ditentukan

berdasarkan selisih tebal benda kerja awalterhadap tebal benda kerja akhir. Untukkedalaman potong yang relatif besardiperlukan perhitungan daya potong yangdiperlukan untuk proses penyayatan.

Besarnya kedalaman pemakananberhubungan erat dengan kecepatanpemakanan dan juga dari diameter pahattersebut. Semakin tinggi kecepatanpemakanan, maka pahat yang digunakan

semakin kecil diameternya dan kedalamanpemakanan pada benda kerja menjadi kecil.

METODE PENELITIANPenelitian ini mengunakan Metode

eksperimen, yaitu melakukan penelitian danpengamatan lansung dilapangan secarasistematis dengan membangun hubungansebab akibat guna mendapatkan data-datayang diinginkan untuk selanjutnya dianalisis(Sukardi, 2004). Tahapan dari penelitiandiperlihatkan pada Gambar 2, menunjukkanlangkah-langkah eksperimen. Subjek


42

penelitian ini berupa gambar benda kerjadengan dimensi seperti Gambar 3.Pengerjaan desain menggunakan softwareSolidWork 2010 untuk proses CAD-nya,selanjutnya desain gambar dalam bentuk filedi transfer ke software MasterCam X untukdilakukan proses CAM. Dari Softwaremastercam x akan keluar NC Code yangselanjutnya dapat dipindah ke mesin CNCMilling Mitsubishi M70 untuk dilakukanpercobaan lansung. Raw material yangdigunakan pada mesin CNC yaitu ResinPolyester dengan pahat berbahan HSSdengan pahat Facemill dan Endmill.

Gambar 2. Diagaram alir penelitian

Gambar 3. Desain base feature dari bendakerja.

Pemilihan variabel bebas dan terikatdalam penelitian ini yaitu waktu prosessebagai variable terikat dimana waktu prosesadalah waktu aktual dari proses penyayatanbenda kerja pada mesin CNC Milling.Pengukuran waktu proses pemesinandilakukan dengan mensimulasikan prosespemesinan yang nantinya akan diketahuiwaktu pengerjaanya. Selanjutnya adapunyang menjadi variabel bebas yaitu kecepatanpotong (cutting speed), laju pemakanan(feedrate), kedalaman pemakanan (depth ofcut).

Dalam penelitian ini menggunakandesain ekperimen berdasarkan pendekatanorthogonal array dengan tiga faktor dan tigalevel, dimana kolom merupakan faktor yangdapat diubah dalam eksperimen dan barismerupakan kombinasi level dari faktor dalameksperimen. Sesuai dengan pola orthogonaldidapatkan seperti pada Tabel 3.

Running Program (Simulasi)

Pemilihan Parameter (CAM)

Persiapan & Identifikasi Benda (Dimensi & Bahan)

Desain Benda Kerja (CAD)

Desain ProsesPermesinan

Facing Roughing Finishing

Analisa Waktu ProsesHasil Simulasi

G-Code NC Program

Percobaan ke Mesin CNC Milling

Kesimpulan


43

Tabel 3. Faktor parameter dan level penelitian.

Parameter FaktorLevel

1Low

2Medium

3High

Cutting Speed (mm/menit) A 56520 75360 94200Feedrate (mm/menit) B 500 650 800

Depth of cut (mm) C 0,5 0,75 1

Tabel 4. Desain kombinasi parameterpercobaan.

Percobaan FaktorA B C

1 1 1 12 1 2 23 1 3 34 2 1 25 2 2 36 2 3 17 3 1 38 3 2 19 3 3 2

Teknik Pengambilan dan Anlisa DataData yang digunakan dalam penelitian

ini merupakan data-data hasil dari proseseksperimen mengenai parameter yang diuji,data hasil penelitian yang didapatkan meliputi:a. Hasil percobaan

Hasil percobaan adalah hasil daripembuatan toolpath geometry sesuaiparameter yang telah ditentukan dalamdesain eksperimen.

b. Hasil pengukuran waktu prosespermesinanHasil pengukuran yang dikumpulkanyaitu hasil pengukuran waktu (OperationTime) dari simulasi proses pemesinan,hasil pengukuran panjang langkahpemotongan (feed cut length), dan hasilpengukuran panjang langkah tanpapemotongan (rapid traverse length) pada

masing-masing percobaan yangdilakukan.

Data yang didapatkan kemudian diolahuntuk mendapatkan hubugan antarapengaruh dari tiap-tiap parameter terhadapwaktu pemrograman yang dihasilkan danoptimasi waktu dari masing-masingparameter, sehingga waktu yang optimal daripengujian tersebut merupakan kesimpulanyang dapat diambil. Pada penelitian inimenggunakan analisis ragam (Anova),dimana metode ini digunakan untuk mencarihubungan antara variabel bebas denganvariabel terikatnya, sehingga akan dapatdiketahui besarnya pengaruh masing-masingvariabel bebas terhadap variabel terikatnya.

HASIL DAN PEMBAHASANHasil pengambilan data

Berdasarkan pada metode penelitianyang telah ditetapkan, pelaksanaan penelitianini dilakukan dengan memvariasikanpengaturan parameter pada setiappercobaannya. Pengukuran waktu prosespermesinan sebagai veriabel respon dalampenelitian ini dilakukan denganmensimulasikan terlebih dahulu prosespermesinannya dengan menggunakansoftware MasterCam X Mill. Denganmengunakan fasilitas Command ‘Setup Sheet’didapatkan data hasil dari tiap-tiap percobaandiantaranya waktu proses permesinan(operation time), panjang langkahpemotongan (feed cut length) dan panjanglangkah tanpa pemotongan (rapid tranverselength).

Tabel 5. Hasil pengukuran waktu proses permesinanParameter Toolpath

No Cutting Speed(mm/menit)

Feedrate(mm/menit)

Depth ofcut (mm)

Face(menit)

Rough(menit)

Finish(menit)

Total(menit)

1 56520 500 0,5 16,84 143,13 28,29 188,262 56520 650 0,75 9,44 75,84 21,90 107,183 56520 800 1 6,73 48,18 17,91 72,824 75360 500 0,75 12,24 98,33 28,29 138,865 75360 650 1 8,26 59,10 21,90 89,266 75360 800 0,5 10,57 89,82 17,91 118,307 94200 500 1 10,71 76,57 28,29 115,578 94200 650 0,5 12,98 110,32 21,90 145,20


44

9 94200 800 0,75 7,69 61,79 17,91 87,39

Tabel 6. Hasil pengukuran panjang langkah pemotonganParameter Toolpath


Feedrate(mm/menit)

Depth ofcut (mm)

Face(mm)

Rough(mm)

Finish(mm)

Total(mm)

1 56520 500 0,5 8091,96 69894,31 13598,66 91584,922 56520 650 0,75 5880,97 47904,39 13598,66 67384,023 56520 800 1 5143,97 37217,87 13598,66 55960,504 75360 500 0,75 5880,97 47904,39 13598,66 67384,025 75360 650 1 5143,97 37217,87 13598,66 55960,506 75360 800 0,5 8091,96 69894,31 13598,66 91584,927 94200 500 1 5143,97 37217,87 13598,66 55960,508 94200 650 0,5 8091,96 69894,31 13598,66 91584,929 94200 800 0,75 5880,97 47904,39 13598,66 67384,02

Tabel 7. Hasil pengukuran panjang langkah tanpa pemotonganParameter Toolpath


Feedrate(mm/menit)

Depth ofcut (mm)

Face(mm)

Rough(mm)

Finish(mm)

Total(mm)

1 56520 500 0,5 1659,57 5695,14 2640,24 9994,952 56520 650 0,75 1344,59 4787,00 2640,24 8771,833 56520 800 1 1239,59 4368,32 2640,24 8248,154 75360 500 0,75 1344,59 4787,00 2640,24 8771,835 75360 650 1 1239,59 4368,32 2640,24 8248,156 75360 800 0,5 1659,57 5695,14 2640,24 9994,957 94200 500 1 1239,59 4368,32 2640,24 8248,158 94200 650 0,5 1659,57 5695,14 2640,24 9994,959 94200 800 0,75 1344,59 4787,00 2640,24 8771,83

Analisa variansi (Anova)Dari hasil percobaan yang telah

dilakukan kemudian dilanjutkan dengananalisa mengunakan analisa varian sesuaifaktor parameter, level dan pengolahan databerdasarkan statistik Anova untukmengetahui pengaruh dari masing-masingvariabel bebas (cutting speed, feedrate dandepth of cut) terhadap variabel respon (waktuproses pemesinan). Hasil analisa tersebutdisajikan dalam bentuk tabel, sebagai berikut.

Tabel 8. Hasil analisis means dari waktuproses

Sumber VarianNilai rata-rata tiap level

(menit)1 2 3

Cutting Speed 122,75 115,47 116,05Feedrate 147,56 113,88 92,84

Depth of cut 150,59 111,14 92,55

Tabel 9. Hasil analisa statitistik AnovaSumber Variansi db JK JKT Fh Signifikan FtCutting Speed 2 98,2 49,1 1,00 0,505 4,46

Feedrate 2 4572,4 2286,2 46,53 0,021 4,46Depth of cut 2 5269,7 2634,9 53,63 0,018 4,46

Error 2 98,3 49,1Total 8 10633,5

Tabel analisa statistik Anova dengan α= 5%. Nilai dari F tabel dari masing-masingvarian (F0.05, 2, 8) adalah 4,46, sehingga

diketahui bahwa nilai F tabel lebih tinggi dariF hitung pada varian cutting speed dan nilaiF tabel kurang dari F hitung pada varianfeedrate dan depth of cut. Nilai ini


45

942007536056520

140

120

100

800650500

1.000.750.50

140

120

100

Cutting Speed

Wak

tuPe

rmes

inan

(men

it)

Feedrate

Depth of cut

Hubungan Parameter dengan Waktu permesinan

Gambar 4. Hubungan parameter permesinan terhadap waktu proses

menunjukkan bahwa tidak ada pengaruhdari cutting speed dan ada pengaruh darifeedrate dan depth of cut terhadap waktuproses permesinannya. Pengaruh darimasing – masing varian dijelaskan sebagaiberikut:(1). Hubungan cutting speed (Vc) terhadapwaktu proses pemesinan

Berdasarkan tabel Anova diketahuinilai F-hitung untuk varian cutting speedlebih kecil dari F-tabel (F-hitung = 1,00 F-tabel = 4,46) dan nilai sig. = 0,505 0,05. Halini menunjukan bahwa cutting speed tidak

mempengaruhi secara signifikan terhadapwaktu proses permesinan. Dari tabelpengukuran waktu proses permesinan dapatdibuat grafik hubungannya (Gambar 4),dapat dilihat bahwa dengan nilai pada faktorlain (feedrate dan depth of cut) yang samaatau konstan, cutting speed = 56520mm/menit memiliki mean waktu prosespermesinan 122,75 menit, cutting speed =75360 mm/menit memiliki mean waktuproses pemesinan 115,47 menit dan cuttingspeed = 94200 mm/menit memiliki meanwaktu proses pemesinan 116,05 menit.

(2). Hubungan feedrate (f) terhadap waktuproses pemesinan

Berdasarkan tabel Anova diketahuinilai F-hitung untuk varian feedrate lebihbesar dari F-tabel (F-hitung = 46,53 F-tabel = 4,46) dan nilai sig. = 0,021 0,05. Halini menunjukan bahwa feedratemempengaruhi secara signifikan terhadapwaktu proses permesinan. Dari tabelpengukuran waktu proses permesinan dapatdibuat grafik hubungannya (Gambar 4),dilihat bahwa dengan nilai pada faktor lain(cutting speed dan depth of cut) yang samaatau konstan, feedrate = 500 mm/menitmemiliki mean waktu proses permesinan147,56 menit, feedrate = 650 mm/menitmemiliki mean waktu proses permesinan113,88 menit dan feedrate = 800 mm/menit

memiliki mean waktu proses permesinan92,84 menit. Hal ini menunjukan bahwaadanya hubungan bahwa semakin besarfeedrate, maka semakin singkat waktuproses permesinannya.

(3). Hubungan depth of cut terhadap waktuproses pemesinan

Berdasarkan tabel Anova diketahuinilai F-hitung untuk varian depth of cut lebihbesar dari F-tabel (F-hitung = 53,63 F-tabel = 4,46) dan nilai sig. = 0,018 0,05. Halini menunjukan bahwa depth of cutmempengaruhi secara signifikan terhadapwaktu proses permesinan. Dari tabelpengukuran waktu proses permesinan dapatdi buat grafik hubungannya (Gambar 4),dapat dilihat bahwa grafik cendrung menurun


46

950009000085000800007500070000650006000055000

250

200

150

100

50

0

Cutting Speed (mm/menit)

Wak

tuPe

rmes

inan

(men

it) S 37.7422R-Sq 0.7%R-Sq(adj) 0.0%

Regression95% CI95% PI

Persamaan RegresiWaktu = 131.5 - 0.000178 Cutting Speed

Gambar 5. Sebaran titik data pada hubungan cutting speed dengan waktu

800750700650600550500

250

200

150

100

50

0

Feedrate (mm/menit)

Wak

tuPe

rmes

inan

(men

it) S 28.1479R-Sq 44.8%R-Sq(adj) 36.9%


Persamaan RegresiWaktu = 236.7 - 0.1824 Feedrate

Gambar 6. Sebaran titik data pada hubungan feedrate dengan waktu

secara linier dengan kemiringan negatif. Darigrafik dapat diketahui bahwa waktu prosespermesinan akan turun denganbertambahnya nilai depth of cut pada setiappemotongannya. Dengan nilai pada faktorlain (cutting speed dan feeding) yang sama

atau konstan, depth of cut = 0,5 mm memilikimean waktu proses permesinan 150,59menit, depth of cut = 0,75 mm memiliki meanwaktu proses permesinan 111,14 menit dandepth of cut = 1 mm memiliki mean waktuproses permesinan 92,55 menit.

Analisa RegresiDari hasil yang didapatkan diketahui

bahwa hubungan cutting speed dengan waktuproses permesinan telah memenuhi asumsidistribusi secara normal seperti terlihat padaGambar 5,6,7, bahwa tampak secara visualgambar pada grafik dimana titik-titik hasil data

percobaan masih berada dalam rentang nilaiyang didefinisikan yang menunjukkanhubungan fungsional negatif denganpersamaan regresinya yaitu Waktu = 131.5 -0.000178 Cutting Speed, begitu juga yangterjadi untuk feedrate dan depth of cut denganpersamaan regresinya yaitu Waktu = 236.7 -


47

1.00.90.80.70.60.5

200

150

100

50

0

Depth of cut (mm)

Wak

tuPe

rmes

inan

(men

it) S 26.6893R-Sq 50.3%R-Sq(adj) 43.2%


Persamaan RegresiWaktu = 205.1 - 116.1 Depth of cut

Gambar 7. Sebaran titik data pada hubungan depth of cut dengan waktu

Gambar 8. Konfirmasi kondisi waktu optimal.

0.1824 Feedrate, Waktu = 205.1 - 116.1Depth of cut.

Pembahasan hasil dengan software CAMCutting speed berpengaruh secara

tidak nyata terhadap waktu proses

permesinan. Seperti yang telah ditunjukandalam grafik (Gambar 4) bahwa semakinbesar nilai cutting speed tidak akanmempengaruhi waktu proses permesinannyasecara signifikan karena tidak tetapnya grafiksecara linier antara level rendah ke tinggiyang cenderung naik turun pada tiap levelnya.Level low menghasilkan mean waktu proses

permesinan 122,75 menit, level medium115,47 menit sedangkan pada level high116,05 menit. Pemilihan nilai cutting speed


48

(a) (b) (c)

Gambar 9. Hasil tampilan percobaan pada Mesin CNC Milling (a).facing,(b).roughing,(c).finishing.

akan menentukan nilai putaran spindel secaralinier, dimana semakin besar nilai cuttingspeed dan memperbesar nilai putaran dalamrpm. Pada persamaan waktu prosespermesinan, putaran spindel bersama denganfeedrate akan menentukan waktu prosespermesian. Feedrate secara signifikanmempengaruhi waktu proses permesinan.Seperti yang telah ditunjukan dalam grafik(Gambar 4) bahwa semakin besar nilaifeedrate semakin mempercepat waktu prosespermesinan. Level low menghasilkan meanwaktu proses permesinan 147,56 menit, levelmedium 113,88 menit selanjutnya pada levelhigh 92,84 menit. Depth of cut secarasignifikan mempengaruhi waktu prosespermesinan. Seperti yang telah ditunjukandalam grafik (Gambar 4) bahwa semakinbesar nilai depth of cut akan semakinmempercepat waktu proses permesinan.Level low menghasilkan mean waktu prosespermesinan 150,59 menit, level medium111,14 menit sedangkan pada level high92,55 menit. Pada permesian CNC millingsecara sistematis depth of cut akanmenentukan barapa kali suatu kontur akandiselesaikan.

Dalam penelitian ini penentuan kondisioptimal mengunakan bantuan programMinitab 16 yang berdasarkan hasil dari nilaimean level dari masing-masing varian (Tabel9) sehingga diketahui pengaturan parameterpermesinan yang optimal pada kondisi cuttingspeed level 2 = 75360 mm/menit, federate

level 3 = 800 mm/menit, depth of cut level 3 =1 mm, grafik pada kondisi tersebut terlihatpada Gambar 8. Kondisi optimal dalampenelitian ini dilihat berdasarkan dari lamanyawaktu yang ditempuh dalam prosespermesinannya. Hasil percobaan iniditunjukkan pada Tabel 10.

Tabel 10. Hasil pengukuran dari waktuoptimal.

Toolpath Time(menit)

Feed cutlength(mm)

Rapidlength(mm)

Face 6,73 5143,97 1239,59Rough 47,67 37217,87 4368,32Finish 17,52 13598,66 2640,24Total 71,92 55960,5 8248,15

Hasil percobaan pada Mesin CNC(Sampling)

Berdasarkan prosedur dalampelaksanaan penelitian, proses percobaanpada Mesin CNC mengacu pada pemilihanparameter yang optimal yang didapatkan darianalisis data yaitu spindle speed = 2000 rpm;feedrate = 800 mm/menit; depth of cut = 1mm. Adapun tahapan dalam percobaan padamesin CNC berdasarkan proses pengerjaanmasing-masing toolpath yakni face denganfacemill 40 mm, rough dengan end mill 12mm, finish dengan end mill 6 mm, hasil daritiap-tiap proses pengerjaan yang terjaditerlihat pada Gambar 9.

Pembahasan percobaan pada mesin CNCPercobaan pada Mesin CNC yang

dilakukan pada penelitian ini denganmengunakan Mesin CNC Milling MitshubishiM70, yang berdasarkan dengan parameterhasil waktu optimum yang didapatkan padaanalisa data yang telah dilakukansebelumnya. Proses percobaan pada mesinCNC ini merupakan rangkaian dari tahapan

proses pada penelitian ini yang sebelumnyaproses pembuatan gambar benda kerjadengan mengunakan Software Solidworksyang kemudian ditransfer ke SoftwareMastercam X sebagai perantara untuk prosesperencanaan dan pembuatan lintasan pahat(Toolpath Geometry) dengan dilakukansimulasi terlebih dahulu sampai didapatkan GCode, selanjutnya G Code tersebut ditransfer


49

ke Mesin CNC Milling Mitshubishi M70 melaluiUSB Flash.

Pada tahapan percobaan yangdilakukan pada Mesin CNC, dibagi dalam tigatahapan proses permesinan yaitu pengerjaanpermukaan (Facing), pengerjaan kasar(Rough) dan pengerjaan halus (Finishing).Proses permesinan dengan pengerjaan kasarkemudian dilakukan dalam 5 bagianberdasarkan dengan toolpath masing –masing yaitu; contour1, contour2, contour3,pocket1 dan pocket2, data pengukuran waktuproses pemrograman pada pengerjaan kasarterlihat pada tabel 11. Adapun pengunaanparameter permesinan dan toolpath yangdigunakan mengacu pada yang telahditetapkan pada metode penelitian dan hasildari simulasi dengan software Mastercam X.

Tabel 11. Data hasil pengukuran waktuproses Rough.

Rough Toolpath Time (menit)Contour 1 19,95Contour 2 5,21Contour 3 8,26Pocket 1 9,40Pocket 2 4,75

Total 47,57

Proses permesinan dengan pengerjaanhalus (Finishing) dilakukan dalam 4 bagianberdasarkan dengan toolpath masing –masing yaitu; contour1, contour2, pocket1 danpocket2, data pengukuran waktu prosespemrograman pada pengerjaan halus terlihatpada tabel 12. Adapun pengunaan parameterpermesinan dan toolpath yang digunakanmengacu pada yang telah ditetapkan padametode penelitian dan hasil dari simulasidengan software Mastercam X, selanjutnyapada tabel 16 menunjukkan total hasilpengukuran waktu proses permesinan yangdilakukan pada percobaan menggunakanmesin CNC milling Mitshubishi M70.

Tabel 12. Data hasil pengukuran waktuproses Finishing.

Finishing Toolpath Time (menit)Contour 1 3,40Contour 2 5,82Pocket 1 6,26Pocket 2 2,40

Total 17,88

Tabel 13. Data total hasil pengukuran waktuproses permesinan pada Mesin CNC.

Toolpath Time (menit)Face 6,72

Rough 47,57Finish 17,88Total 72,17

Perbandingan waktu hasil CAM denganCNC Milling

Hasil pengukuran waktu prosespermesinan yang dilakukan pada mesin CNCMilling kemudian dilakukan perbandingandengan waktu proses yang didapatkan padaproses CAM dengan software Mastercam X,adapun perbedaan hasilnya terlihat pada(Tabel 14) dimana waktu yang dihasilkanhampir persis sama, karena tidak adanyaperbedaan waktu secara nyata antara prosespada CAM dengan proses pada mesin CNCdiketahui pada proses CAM didapatkan waktuproses permesinannya yaitu 71,92 menit,sedangkan pada proses dengan mesin CNCdidapatkan waktu proses permesinannyayaitu 72,17 menit. Sehingga diketahui selisihwaktu yang terjadi yaitu 0,25 menit atau 15detik dengan persentase 0,35%. Hal inimenunjukkan bahwa adanya perbedaanwaktu yang tidak signifikan antara prosespada CAM dengan proses pada mesin CNC.Hasil perbandingan tersebut memberikan artibahwa tanpa dilakukanya percobaan lansungpada mesin CNC, waktu prosespermesinannya sudah bisa disimpulkan darihasil percobaan simulasi pada proses CAMdengan mengunakan software Mastercam X.

Tabel 14. Data perbandingan waktu prosespermesinan pada CAM dan Mesin CNC.

Toolpath Time (menit)Proses CAM Proses CNC

Face 6,73 6,72Rough 47,67 47,57Finish 17,52 17,88Total 71,92 72,17

KESIMPIULAN DAN SARANKesimpulan

Dari hasil eksperimen dan AnalisaStatistik dengan Anova pada taraf signifikansi5% didapatkan hasil:1. Bahwa cutting speed berpengaruh

secara tidak nyata dengan kontribusipersentase 0.92%, sementara feedratedan depth of cut berpengaruh secarasignifikan terhadap waktu proses


50

permesinan dengan kontribusi persentase43% dan 49.56%.

2. Waktu proses permesinan optimal yangdihasilkan dari simulasi software CAMadalah 71,92 menit, pada kondisi cuttingspeed = 75360 mm/menit, kondisi federate= 800 mm/menit, kondisi depth of cut = 1mm. Selanjutnya hasil percobaan lansungpada mesin CNC Milling menunjukkanadanya perbedaan yang tidak signifikandengan persentase 0,35%.

SaranAdapun saran yang dapat diberikan

setelah melakukan penelitian adalah sebagaiberikut:1. Pada penelitian selanjutnya, dapat

dilakukan dengan optimasi menggunakantambahan variabel respon seperti kualitasproduk.

2. Penelitian ini dapat dilakukanpengembangan dengan melakukanperbandingan dengan mengunakansoftware CAD/CAM yang lain.

3. Penelitian ini masih bisa dikembangkanlagi dengan cara menambah parameterlain seperti jenis material benda kerja,sebagai perbandingan.

4. Untuk menghasilkan waktu prosespermesinan optimal pada mesin CNCmilling dapat dilakukan dengan caramengoptimalkan nilai depth of cut danfeedrate.

DAFTAR PUSTAKADraganescu F., Gheorghe M., Doicin C.V.,

2003, Models of machine tool efficiencyand specific consumed energy, Journalof Materials Processing Technology,Vol.141, No.1, pp. 9 - 15.

Krar S., Gill A., 1999, Computer numericalcontrol programming basics, IndustrialPress Inc. New York.

Ricky, 2009, Computer aided manufacturing(CAM), tersedia di https://r1ck.wordpress.com/2009/11/23/computer-aided-manufacturing-cam.

Rochim T., 1993, Teori & teknologi prosespermesinan, Higher EducationDevelopment Support Project, ITB,Jakarta.

Sukardi, 2004, Metodologi Penelitian, PT.Bumi Aksara, Jakarta.

Wijanarka B.S., 2011, Teknik permesinanfrais CNC, Universitas NegeriYogyakarta.