1

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan akan menjelaskan mengenai sistem dari mesin Aciera F5

dengan pengendali berbasis komputer personal menggunakan software Mach3

yang digunakan untuk mengendalikan motor induksi sebagai motor spindel.

1.1 Sistem Secara Keseluruhan

Mesin CNC Aciera F5 ini menggunakan pengendali CNC milling berbasis

komputer personal dengan software Mach3 sebagai pengendali pergerakan motor

spindel. Untuk mengoperasikan mesin CNC tersebut, pengguna harus memasukkan

kode berupa G-Code yang digunakan untuk mengerjakan bentuk atau kontur dari

benda kerja yang diinginkan. G-Code tersebut dimasukkan oleh pengguna melalui

GUI dari software Mach3 . Masukan tersebut diteruskan ke rangkaian elektronika

mesin (breakout board) dengan pengiriman data secara paralel menggunakan kabel

USB.

Sinyal keluaran dari rangkaian elektronika mesin (breakout board) tersebut

memberikan perintah pada inverter untuk mengendalikan arah putaran motor

spindel. Adapun inverter yaitu Spindel1, Spindel2 (seperti pada gambar.20).

2

1.2 Sistem Hardware

Dalam sistem hardware ini terdiri dari sistem sumbu yang mencakup motor

sistem spindel meliputi motor induksi dan inverter, sistem pelumasan, sistem

pencekaman alat potong dan rangkaian breakout board.

1.2.1 Sistem Spindel

Sistem spindel ini berfungsi untuk memutar alat potong yang digunakan

dalam penyayatan benda kerja. Dalam sistem ini, motor yang digunakan harus

mempunyai putaran motor yang konstan agar umur pakai motor maupun alat

potong lebih lama. Motor yang digunakan yaitu motor induksi 3 fasa, dimana

mempunyai beberapa kekurangan, salah satunya yaitu putaran motor menjadi tidak

konstan saat terjadi perubahan beban. Pada sistem mesin ini spindel bertugas untuk

memutar alat potong, dan beban akan langsung meningkat saat pertama kali

melakukan penyayatan benda kerja. Hal ini sangat berbahaya jika putaran motor

menjadi tidak stabil yang dapat menyebabkan kerusakan pada mata potong maupun

benda kerja karena perubahan putaran spindel namun proses feeding tetap berjalan

konstan. Oleh sebab itu dibutuhkan suatu pengendali motor yang biasa disebut

inverter.

1.2.1.1 Motor Spindel

Motor spindel yang digunakan yaitu motor induksi yang ada di laboratorium

PKM. Motor induksi ini digunakan untuk memutar spindel pada mesin dengan

bantuan transmisi roda gigi sehingga dapat memutar alat potong untuk menyayat

benda kerja.

3

Gambar 3.1 Motor Induksi 3 Fasa

Berikut spesifikasi motor induksi yang akan digunakan pada mesin ini:

a. Tipe motor AMBX112MZ

b. Merupakan motor induksi 3 fase dengan tegangan 380V

c. Arus saat dirangkai delta = 5A dan arus saat dirangkai star yaitu 8,9A

d. Cos φ saat dirangkai delta = 0,75 dan Cos φ saat dirangkai star 0.9

e. Frekuensi maksimal motor= 50 Hz

f. Putaran motor maksimal rangkaian delta = 1450 rpm dan rangkaian star = 2840

rpm

g. Daya motor saat dirangkai delta = 2 kW dan saat dirangkai star = 4 kW

h. Berat dari motor induksi tersebut 38Kg

Sedangkan spesifikasi motor spindel pada mesin Aciera F5 yang terdahulu:

a. Tipe motor GNE 100 LV

b. Merupakan motor induksi dengan tegangan 390V

c. Arus yang dibutuhkan yaitu 28A

d. Putaran motor maksimal 4000rpm

e. Daya motor sebesar 9,5 kW

4

1.2.1.2 Inverter

Inverter merupakan pengendali untuk mengatur frekuensi yang masuk ke

motor. Saat motor induksi tidak dapat mempertahankan kecepatannya secara

konstan saat terjadi perubahan beban, maka dibutuhkan sebuah pengatur yang biasa

disebut inverter. Inverter yang digunakan yaitu inverter TOSHIBA dengan tipe

Tosvert VF-S15. Inverter ini merupakan inverter untuk mengendalikan motor 3 fasa

dengan input power inverter 3 fasa.

Gambar 3.Error! No text of specified style in document..2 Inverter VF-S15 – 4037PL-W

5

Input Output

Tegangan (V) 3PH 380-500 3PH 380-500

Frekuensi (Hz) 50/60 0-500

Arus (A) 13,7 9,3

Tabel 3.1 Spesifikasi Inverter VF-S15 – 4037PL-W

Berdasarkan data spesifikasinya, inverter yang dipilih memenuhi persyaratan

minimum yang dibutuhkan untuk mengoperasikan motor induksi yang digunakan

untuk memutar spindel tersebut.

a. Rangkaian Optocoupler untuk Spindel

Rangkaian tambahan optocoupler ini berfungsi sebagai perantara antara

komputer dengan inverter. Input signal berupa frekuensi dari komputer akan

mengaktifkan basis dari optocoupler. Optocoupler tersebut akan meneruskan

tegangan yang masuk dari terminal S2 inverter ke terminal CC inverter sehingga

menjadi frekuensi untuk menggerakkan motor induksi.

Gambar 3.4 Rangkaian Optocoupler untuk Inverter

b. Setting Inverter

Setting parameter yang ada pada inverter diperlukan untuk menghasilkan

putaran motor yang konstan. Putaran motor yang konstan dipengaruhi oleh

frekuensi yang konstan pula. Untuk membangkitkan frekuensi yang masuk ke

motor, menggunakan parameter pulse train input pada inverter untuk mengatur

frekuensi. Pulse train input tersebut berfungsi sebagai parameter untuk mengatur

tegangan output dari inverter yang akan diolah komputer sehingga menghasilkan

pulsa yang mana akan dimasukkan ke terminal S2 pada inverter.

6

Berikut beberapa parameter inverter yang harus diubah:

Parameter Nilai

FNOd 11

F146 1

F378 25 (pps)

F679 20 (ms)

ACC 10

dEC 10

UL 50

LL 0

Tabel 3.2 Parameter Setting Inverter

1.2.2 Rangkaian Breakout board

Penyusun membuat sebuah rangkaian breakout board yang berfungsi sebagai

pengelola sinyal keluaran dari personal komputer ke mesin melalui parallel port

sebagai interface. Saat pengguna memasukkan G-Code melalui software Mach3,

dengan seketika CPU komputer akan bertindak sebagai kernel yang bertugas untuk

menerjemahkan G-Code menjadi sinyal untuk masuk ke rangkaian breakout board

yang kemudian akan diteruskan ke inverter untuk menggerakkan motor spindle.

Sinyal tersebut dikirimkan oleh komputer melalui USB yang masuk ke rangkaian

breakout board. Rangkaian breakout board berfungsi sebagai pelindung

komunikasi antara komputer dan mesin, sehingga sinyal dari komputer hanya lewat

melalui breakout board dan masuk ke inverter.

7

Gambar 3.4 Breakout Board

1.3 Sistem Software Mach3

Software yang ada pada mesin ini menjadi peranan penting dalam hal

pengoperasian mesin Aciera F5. Pengendali utama dari sistem mesin yaitu software

Mach3. Software ini mengatur semua gerakan mesin, mulai dari pergerakan sumbu

x, sumbu y,sumbu z, dan spindel. Software ini juga dapat mendeteksi limit switch

sebagai koordinat maksimal yang dapat dicapai oleh sumbu. Software Mach3 yang

digunakan yaitu Mach3 mill karena mesin Aciera ini merupakan mesin milling

CNC, sehingga kendali yang digunakan yaitu kendali untuk mesin milling.

1.3.1 Tampilan Mach3

Komunikasi antara operator dengan mesin dapat dilakukan dengan bantuan

GUI (Graphic User Interface ) yang akan memberikan gambaran keadaan mesin

kepada operator saat sedang beroperasi. Berikut tampilan Mach3 yang digunakan

pada kendali mesin Aciera F5.

8

Gambar 3.5 Tampilan Interface Mach3

1.3.2 Instalasi Mach3

1. Buka folder yang berisi installer Mach3 lalu klik 2x program Mach3_Setup.exe

Gambar 3.6 File Installer Mach3

2. Setelah muncul jendela penginstalan Mach3, pilih Next

9

Gambar 3.7 Tampilan Awal Installer Mach3

3. Lalu akan muncul jendela License Agreement, klik pilihan “i agree to the term of

this license agreement” lalu klik Next

Gambar 3.8 Licence Agreement

4. Lalu akan muncul jendela destinasi penginstalan Mach3, pilih Change untuk

mengganti lokasi penginstalan yang diinginkan, jika sudah klik Next

10

Gambar 3.9 Letak Folder Penyimpanan Hasil Instalasi

5. Akan muncul jendela tentang fitur-fitur Mach3 yang akan diinstal, pilih Next

Gambar 3.10 Fitur-Fitur Mach3 yang Diinstal

11

6. Lalu muncul jendela profil Mach3 pilih Next

Gambar 3.Error! No text of specified style in document..31 Profil Mach3

yang Dapat Dipilih

7. Lalu mencul jendela pemberitahuan bahwa Mach3 siap untuk diinstal, pilih Next

untuk menginstal Mach3

Gambar 3.12 Tampilan Konfirmasi Instalasi Mach3

8. Setelah penginstalan Mach3 selesai maka akan muncul jendela penginstalan driver

Parallel Port, pilih Next untuk lanjut

12

Gambar 3.13 Instalasi Driver Parallel Port

9. Lalu akan muncul pemberitahuan bahwa semua intalasi telah selesai, pilih Finish

untuk menyelesaikan instalasi

Gambar 3.14 Pemberitahuan Instalasi Telah Selesai

10. Lalu restart komputer agar sistem Mach3 dapat bekerja dengan sempurna

13

1.3.3 Mengganti Tampilan Screen Mach3

Operator juga bisa mengganti tampilan dari Mach3 dari template atau screen

yang telah di download dengan extention “.set”.

Berikut cara mengubah screen pada Mach3 :

1. Pilih menu View�Load Screens

Gambar 3.15 Load Screen Mach3

2. Pilih file yang memiliki extensi “.set”

Gambar 3.16 File Screen Theme

14

3. Pilih nama file yang dikehendaki �OPEN

Gambar 3.17 Buka File Screen

4. Tampilan screen Mach3 berganti dengan yang diinginkan

Gambar 3.18 Hasil dari Load Screen

15

1.3.4 Konfigurasi Mach3

Pengoperasian mesin milling CNC diperlukan beberapa konfigurasi input

dan output serta motor tuning untuk menyesuaikan gerakan mesin dengan perintah

yang diinginkan.

1.3.4.1 Langkah-Langkah untuk Setting Konfigurasi Input dan Output Mach3

1. Pilih menu Config � Ports and Pins

Gambar 3.19 Konfigurasi Ports dan Pins

2. Pilih Tab Motor Output � Aktifkan X,Y,Z dan Spindel sesuai dengan gambar

berikut. Kemudian ubah nilai pada kolom Step Port dan Dir Port menjadi 1.

16

Gambar 3.20 Tab Konfigurasi Motor Output

3. Ubah nilai Step Pin# dan Dir Pin# sebagai berikut :

• Spindel : Step Pin# =3; Dir Pin# =2.

Gambar 3.21 Konfigurasi Step dan Pin Motor Output

4. Pilih Tab Input Signal

Gambar 3.22 Konfigurasi Input Signals

17

5. Pilih Tab Spindel Setup

Gambar 3.23 Konfigurasi Spindel Setup

6. Pilih Pulley Ratio #2

Gambar 3.24 Setting Rasio Pulley

18

7. Lalu Apply� OK

Gambar 3.25 Konfirmasi Perubahan Setting