laporan akhir tahun penelitian strategis nasional …

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)

http://www.profildosen.com/detail/0419126402.html



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



26



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


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


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


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


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.

mailto:[email protected]

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


- 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


- 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,

laporan akhir tahun penelitian strategis nasional …

Documents