desain dan analisis rangka lengan cnc sumbu · pdf file2.5 statika ... nfd = normal force...
TRANSCRIPT
DESAIN DAN ANALISIS RANGKA LENGAN CNC SUMBU Y
PADA HYBRID POWDER SPRAY CNC 2 AXIS
PROYEK AKHIR
Diajukan sebagai salah satu syarat
untuk memperoleh gelarAhli Madya (A. Md)
Disusun oleh :
KIBAGUS MUHAMMAD ARIFIN
NIM. I8113020
PROGRAM DIPLOMA III TEKNIK MESIN PRODUKSI
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2016
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan atas bagi Allah SWT karena atas berkat
rahmat dan karunia-Nya penulis dapat melaksanakan dan menyelesaikan tugas
akhir ini dengan baik dan lancar. Tugas akhir merupakan salah satu mata kuliah
wajib yang harus ditempuh oleh mahasiswa Program Studi Diploma Tiga Teknik
Mesin Produksi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sebelas
Maret Surakarta sebagai syarat kelulusan dalam menempuh perkuliahan dewasa
ini. Pelaksanaan tugas akhir kemudian dilaporkan dalam bentuk laporan sebagai
pertanggungjawaban kepada pihak Program Studi.
Melalui tugas akhir ini, penulis dapat menyalurkan banyak ilmu yang
diperoleh di bangku kuliah lalu diterapkan kedalam sebuah mesin dari tugas akhir
ini.
Selama proses pelaksanaan tugas akhir maupun penulisan laporan tentunya
tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis menyampaikan
terima kasih atas dukungan dan bimbingan kepada:
1. Dr. Budi Santoso, S.T., M.T. selaku ketua jurusan Diploma III Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
2. Ibu Indri Yaningsih, S.T., M.T. selaku Koordinator Tugas Akhir Jurusan
Diploma III Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta, sekaligus pembimbing II dari penulis.
3. Bapak Miftahul Anwar, PhD selaku pembimbing I dari penulis.
4. Semua Dosen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
5. Bapak, Ibu, dan semua keluarga yang senantiasa memberikan do’a,
dukungan dan motivasi untuk bersemangat dalam menyelasaikan setiap
tugas perkuliahan.
6. Teman-teman satu tim yang bersama-sama membuat Tugas akhir ini
hingga selesai.
7. Mas Hendri dan Mas Arifin yang telah memberikan bimbingan dan
bantuannya.
v
8. Rekan-rekan mahasiswa Diploma III Teknik Mesin angkatan 2013, serta
semua pihak yang telah membantu hingga terselesaikannya proyek akhir
dan penyusunan laporan ini.
Sebagai penutup, penulis menyadari tidak ada yang sempurna dimuka
bumi ini. Oleh karena itu, penulis memohon maaf apabila dalam pelaksanaan serta
laporan tugas akhir ini masih terdapat kesalahan dan kekurangan, serta penulis
meminta kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan laporan tugas
akhir ini. Akhir kata, semoga tugas akhir dan laporan yang telah terseleaikan
bermanfaat bagi semua pihak dan dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.
Surakarta, 20 Juni 2016
Penulis
vii
DAFTAR ISI
Halaman Judul ................................................................................................ i
Halaman Pengesahan ....................................................................................... ii
Halaman Berita Acara Ujian ............................................................................ iii
Kata Pengantar ................................................................................................. iv
Abstrak ........................................................................................................... vi
Daftar Isi ......................................................................................................... vii
Daftar Gambar .................................................................................................. ix
Daftar Persamaan ............................................................................................. xi
Daftar Tabel .................................................................................................... xii
Daftar Lampiran .............................................................................................. xiii
Daftar Notasi ................................................................................................... xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ............................................................................. 3
1.4 Tujuan Proyek Akhir ....................................................................... 3
1.5 Manfaat Proyek Akhir ..................................................................... 3
1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI
2.1 Mesin CNC ...................................................................................... 5
2.2 Hybrid Powder Spray CNC ............................................................. 5
2.3 Desain .............................................................................................. 6
2.4 SolidWorks ....................................................................................... 7
2.5 Statika .............................................................................................. 8
2.5.1 Gaya Luar ............................................................................... 8
2.5.2 Gaya Dalam ............................................................................ 9
2.5.3 Tumpuan ................................................................................ 9
2.6 Analisa Kekuatan Material .............................................................. 10
2.6.1 Tegangan Normal (Normal Stress) ........................................ 10
2.7 Momen ............................................................................................. 12
2.8 Momen Inersia ................................................................................. 13
2.9 Rangka Batang Sederhana ............................................................... 14
2.10 Factor Of Safety .............................................................................. 15
2.10.1 Pemilihan Faktor Keamanan ................................................ 16
BAB III PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN
3.1 Flow Chart Pembuatan Hybrid Powder Spray CNC 2 Axis ............ 17
3.2 Perencanaan Rangka Lengan Sumbu Y........................................... 19
3.2.1 Dimensi Benda Kerja ............................................................. 19
3.2.2 Panjang Gerak ........................................................................ 19
3.2.3 Dimensi Ruangan ................................................................... 19
viii
3.3 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC Sumbu Y ........................ 20
3.4 Pemilihan Material Rangka Lengan CNC Sumbu Y ....................... 22
3.5 Perancangan Rangka Lengan CNC Sumbu Y ................................. 22
BAB IV PROSES PEMBUATAN MESIN
4.1 Perencanaan Gambar ......................................................................... 29
4.2 Proses Pembuatan Rangka Lengan Sumbu Y .................................... 30
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 38
5.2 Saran ............................................................................................... 38
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 39
LAMPIRAN ................................................................................................ 40
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Mesin CNC turning ................................................................... 5
Gambar 2.2 Templates SolidWorks ............................................................... 7
Gambar 2.3 Prinsip statika keseimbangan .................................................... 8
Gambar 2.4 Reaksi tumpuan rol..................................................................... 9
Gambar 2.5 Reaksi tumpuan sendi ................................................................ 9
Gambar 2.6 Reaksi tumpuan jepit .................................................................. 10
Gambar 2.7 Komponen-komponen tegangan normal dan geser .................... 10
Gambar 2.8 Batang prismatik yang dibebani gaya aksial .............................. 11
Gambar 2.9 Gaya tarik aksial ......................................................................... 11
Gambar 2.10 Gaya tekan aksial ....................................................................... 12
Gambar 2.11 Batang mengalami tegangan geser ............................................. 12
Gambar 2.12 Momen ....................................................................................... 13
Gambar 2.13 Momen inersia ............................................................................ 13
Gambar 3.1 Alur kerja pembuatan hybrid powder spray CNC 2 axis ........... 17
Gambar 3.2 Ballscrew .................................................................................... 19
Gambar 3.3 Gambar dimensi ruangan ........................................................... 20
Gambar 3.4 Desain I ...................................................................................... 20
Gambar 3.5 Desain II ..................................................................................... 21
Gambar 3.6 Beban diujung pada rangka sumbu Y ........................................ 22
Gambar 3.7 Asumsi dengan tumpuan sendi ................................................... 22
Gambar 3.8 Free Body Diagram .................................................................... 23
Gambar 3.9 Potongan x-x .............................................................................. 24
Gambar 3.10 Potongan y-y .............................................................................. 25
Gambar 3.11 Diagram NFD, SFD, dan BMD .................................................. 26
Gambar 3.12 Penampang rangka ..................................................................... 26
Gambar 3.13 Penampang hollow steel ............................................................. 27
Gambar 4.1 Sketsa desain handmade rangka lengan sumbu Y ..................... 29
Gambar 4.2 Part rangka lengan 1600 mm ..................................................... 30
Gambar 4.3 Part rangka lengan 120 mm tanpa lubang ................................. 30
Gambar 4.4 Part rangka lengan 120 mm dengan dua lubang ........................ 31
Gambar 4.5 Part rangka lengan 500 mm ....................................................... 31
Gambar 4.6 Part rangka lengan 1400 mm ..................................................... 31
Gambar 4.7 Part rangka lengan 60 mm ......................................................... 32
Gambar 4.8 Part rangka lengan 70 mm ......................................................... 32
Gambar 4.9 Part rangka lengan 100 mm ....................................................... 32
Gambar 4.10 Dudukan motor stepper .............................................................. 33
Gambar 4.11 Part besi L .................................................................................. 33
Gambar 4.12 Mur dan baut M10 ...................................................................... 34
Gambar 4.13 Mur dan baut M20 ...................................................................... 34
x
Gambar 4.14 Assembly 1 .................................................................................. 35
Gambar 4.15 Assembly 2 .................................................................................. 35
Gambar 4.16 Assembly 3 .................................................................................. 35
Gambar 4.17 Assembly 4 .................................................................................. 36
Gambar 4.18 Assembly 5 .................................................................................. 36
Gambar 4.19 Assembly 6 .................................................................................. 36
Gambar 4.19 Assembly rangka lengan ............................................................. 37
xi
DAFTAR PERSAMAAN
Rumus 2.1 Persamaan gaya luar (Fx) ............................................................ 9
Rumus 2.2 Persamaan gaya luar (Fy) ............................................................ 9
Rumus 2.3 Persamaan gaya luar (Mx) ........................................................... 9
Rumus 2.4 Mencari tegangan tekan .............................................................. 12
Rumus 2.5 Mencari tegangan geser .............................................................. 12
Rumus 2.6 Perhitungan momen .................................................................... 13
Rumus 2.7 Perhitungan momen inersia ........................................................ 13
Rumus 2.8 Perhitungan Factor of safety 1 .................................................... 15
Rumus 2.9 Perhitungan Factor of safety 2 .................................................... 15
Rumus 2.10 Perhitungan Factor of safety 3 .................................................... 15
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Rumus momen inersia ................................................................... 14
Tabel 2.2 Factor of Safety ............................................................................. 16
Tabel 3.1 Pemilihan desain rangka lengan sumbu Y .................................... 20
Tabel 3.2 Nilai gaya dalam ........................................................................... 25
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tabel 2.1 .............................................................................. 41
Lampiran 2. Tabel 2.2 .............................................................................. 42
Lampiran 3. Mesin hybrid powder spray .................................................. 43
Lampiran 4. Besi hollow sisi belakang ..................................................... 44
Lampiran 5. Besi hollow sliding belakang ................................................ 45
Lampiran 6. Besi hollow sliding depan ..................................................... 46
Lampiran 7. Besi hllow penyangga ........................................................... 47
Lampiran 8. Besi hollow penghubung ...................................................... 48
Lampiran 9. Besi hollow penyangga ......................................................... 49
Lampiran 10. Besi hollow sisi depan .......................................................... 50
Lampiran 11. Besi L sliding ........................................................................ 51
Lampiran 12. Besi hollow sliding ............................................................... 52
Lampiran 13. Plat dudukan motor ............................................................... 53
Lampiran 14. Besi L dudukan sliding ......................................................... 54
xiv
DAFTAR NOTASI
Fx = Gaya normal (Newton)
Fy = Gaya geser (Newton)
MA = Momen (N.mm)
F = Gaya (Newton)
𝜎 = Tegangan tekan (N/mm2)
P = Gaya aksial (Newton)
A = Luas penampang (mm2)
= Tegangan geser (N/mm2)
F = Gaya (Newton)
r = Jari-jari (mm)
d = Diameter (mm)
M = Momen (N.mm)
I = Momen inersia (mm4)
FOS = Factor Of Safety
F1 = Gaya rangka lengan (N/mm)
F2 = Gaya motor stepper dan ballscrew (Newton)
Nx = Gaya normal (Newton)
Vx = Gaya geser (Newton)
Mx = Momen (N.mm)
NFD = Normal Force Diagram
SFD = Shear Force Diagram
BMD = Bending Momen Diagram
Ῡ = Penampang (mm)
p = panjang (mm)
l = lebar (mm)
B = Panjang sisi luar (mm)
b = Panjang sisi dalam (mm)
H = Lebar sisi luar (mm)
h = Lebar sisi dalam (mm)
Izz = Momen inersia penampang (mm4)
vi
DESAIN DAN ANALISIS RANGKA LENGAN CNC SUMBU Y
PADA HYBRID POWDER SPRAY CNC 2 AXIS
Oleh: Ki Bagus Muhammad Arifin
ABSTRAK
Hybrid Powder Spray CNC adalah salah satu jenis dari mesin CNC yang
dijalankan dengan komputer pribadi, dan menggunakan perangkat lunak
pengendali Artsoft Mach3. Mesin ini didesain untuk melapisi material benda kerja
supaya terhindar dari korosi. Selain dapat mempersingkat waktu pelapisan benda
kerja, mesin ini juga dapat meningkatkan akurasi benda kerja yang dihasilkan jika
dibandingkan dengan manual. Tujuan proyek akhir ini adalah menghitung
kekuatan struktur rangka, dan proses desain dari rangka lengan CNC sumbu Y.
Dengan harapan rangka lengan CNC sumbu Y kuat, dan aman. Sedangkan dari
hasil perhitungan kekuatan rangka didapatkan tegangan maksimum yang terjadi
pada rangka sebesar 16,25 N/mm2
sedangkan tegangan luluh material ST 37
sebesar 370 N/mm2, sehingga desain rangka lengan CNC sumbu Y ini aman.
Kata Kunci: Hybrid Powder Spray CNC, kekuatan rangka lengan CNC sumbu Y,
desain rangka lengan CNC sumbu Y.
DESIGN AND ANALYSIS FRAMEWORK OF THE Z AXIS CNC
ARM IN HYBRID POWDER SPRAY CNC 2 AXIS
By: Ki Bagus Muhammad Arifin
ABSTRACT
Hybrid Powder Spray CNC is one of the type CNC machine that it run by
personal computer and use software controller Artsoft Mach3. This machine is
designed to coat workpiece material in order to avoid corrosion. Besides being
able to shorten the time to coat workpiece, this machine also be able to improve
accuracy of the workpiece produced when compared to manual. The purpose of
this final project is calculated the strength structure, and process design of the Y
axis CNC arm. With the hope framework of the Y axis CNC arm strong, and
secure. Where as from the calculation of the strength structure get maximum
stress in framework is 16,25 N/mm2 and yield strength of ST 37 material is 370
N/mm2, so the design of the Y axis CNC arm is safe.
Keyword: Hybrid Powder Spray CNC, strength structure of the Y axis CNC arm,
Design Of the Y axis CNC arm.