laporan proyek akhir desain dan analisis …eprints.uns.ac.id/21986/1/1_cover.pdf · laporan proyek...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

LAPORAN PROYEK AKHIR

DESAIN DAN ANALISIS RANGKA LENGAN CNC SUMBU Z

PADA PC BASED CNC MILLING MACHINE

Disusun guna memenuhi sebagian syarat

Untuk menyelesaikan studi dan mendapatkan gelar

Ahli Madya Teknik Mesin

Oleh:

MUHAMAD ARIF RAHMATULLAH

NIM I8112024

PROGRAM DIPLOMA TIGA TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

2015


commit to user


commit to user

iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan atas ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa

karena atas berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat melaksanakan dan

menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik dan lancar. Tugas akhir merupakan

salah satu mata kuliah wajib yang harus ditempuh oleh mahasiswa Program Studi

Diploma Tiga Teknik Mesin Produksi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Sebelas Maret Surakarta sebagai syarat kelulusan dalam menempuh

perkuliahan dewasa ini. Pelaksanaan tugas akhir kemudian dilaporkan dalam

bentuk laporan sebagai pertanggungjawaban kepada pihak Program Studi.

Melalui tugas akhir ini, penulis dapat menyalurkan banyak ilmu yang

diperoleh di bangku kuliah lalu diterapkan kedalam sebuah mesin dari tugas akhir

ini.

Selama proses pelaksanaan tugas akhir maupun penulisan laporan

tentunya tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis

menyampaikan terima kasih atas dukungan dan bimbingan kepada:

1. Dr. Budi Santoso, S.T., M.T. selaku ketua jurusan Diploma Tiga Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta

2. Bapak Jaka Sulistya Budi, ST., selaku Koordinator Tugas Akhir Jurusan

Diploma Tiga Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret

Surakarta.

3. Bapak Sukmaji Indro Cahyono., S.T., M.Eng. selaku pembimbing I dari

penulis

4. Ibu Indri Yaningsih, S.T., M.T. selaku pembimbing II dari penulis

5. Keluarga yang senantiasa memberikan do’a, dukungan dan motivasi untuk

bersemangat dalam menyelasaikan setiap tugas perkuliahan

6. Teman-teman diploma tiga yang bersama-sama membuat Tugas akhir

7. Mas Rudi, Mas Bowo, Mas Adi, dan Mas Mardi yang telah membimbing

dan membantu penulis dalam pembuatan laporan dan proyek akhir ini.

Sebagai penutup, penulis menyadari tidak ada yang sempurna dimuka bumi

ini, dalam pelaksanaan serta laporan tugas akhir ini masih terdapat kesalahan

dan kekurangan. Oleh karena itu, penulis memohon maaf dan meminta kritik


commit to user

iv

dan saran yang membangun untuk kesempurnaan laporan tugas akhir ini.

Akhir kata, semoga tugas akhir serta laporan yang telah terseleaikan

bermanfaat bagi semua pihak dan dapat dipergunakan sebagaimana mestinya.

Surakarta, 28 Juli 2015

Penulis


commit to user

v

DESAIN DAN ANALISIS RANGKA LENGAN CNC SUMBU Z

PADA PC BASED CNC MILLING MACHINE

Oleh: Muhamad Arif Rahmatullah

ABSTRAK

PC Based CNC adalah salah satu jenis dari mesin CNC yang di

intergrasikan dengan Personal Computer dan menggunakan software pengendali

Artsoft Mach3. Mesin ini didesain mampu membentuk benda kerja dengan ukuran

1,8 x 0,9 x 1,45 m. Selain dapat mempersingkat waktu pembuatan mock-up

komponen bodi mobil yang terbuat dari Styrofoam, juga dapat meningkatkan

akurasi benda kerja yang dihasilkan dibandingkan dengan metode sebelumnya

(layer manual). Tujuan proyek akhir ini adalah menghitung kekuatan struktur

rangka lengan CNC sumbu Z, proses desain, dan simulasi komputasi dari rangka.

Dari hasil perencanaan didapatkan desain dari rangka lengan CNC sumbu Z.

Sedangkan dari hasil perhitungan kekuatan rangka didapatkan tegangan

maksimum yang terjadi pada rangka sebesar 0,0995 N/mm2 sedangkan tegangan

luluh material sebesar 55,14 N/mm2, sehingga desain rangka dinyatakan aman.

Kata Kunci: PC Based CNC, desain rangka lengan sumbu Z, kekuatan rangka

lengan CNC sumbu Z.

THE DESIGN AND ANALYSIS OF Z AXIS CNC ARM IN PC

BASED CNC MILLING MACHINE

By: Muhamad Arif Rahmatullah

ABSTRACT

PC based CNC is one of the type CNC machine that it is intergrated

between personal computer and use software controller Artsoft Mach3. This

machine is designed form a workpiece with 1.8 x x 1,45 x 0.9 m maximum

dimension. It can not only shorten the time a mock-up a body component car

manufacture made of Styrofoam, but also improve the accuracy of a workpiece,

compare with previous method (manual layering). The purpose of this final

project is calculated the stregth structure of Z axis CNC arm, designed the

process, and simulated the structure by a computer. From the planning of the it

was obtained the Z axis CNC arm design . The calculations of structure strength

is resulted, maximum stress is reached at 0,0995 N/mm2

and yield stress of the

material is 55,14 N/mm2 , so the design is categorized safe.

Keyword: PC Based CNC, Design Of Z axis CNC arm, strength structure of Z

axis CNC arm.


commit to user

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .......................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................... ii

KATA PENGANTAR ....................................................................................... iii

ABSTRAK ......................................................................................................... v

DAFTAR ISI ...................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii

DAFTAR TABEL ............................................................................................. x

DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................................. 2

1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 2

1.4 Tujuan Tugas Akhir ................................................................................ 3

1.5 Manfaat Tugas Akhir . ............................................................................ 3

BAB II DASAR TEORI

2.1. Mesin CNC............................................................................................. 4

2.1.1 . CNC Tarus .................................................................................... 4

2.1.2 . CNC Router .................................................................................. 5

2.1.3 . CNC Milling Vertikal ................................................................... 5

2.1.4 . PC Based CNC .............................................................................. 5

2.2. Desain .................................................................................................... 6

2.3. Solidwoks ............................................................................................... 9

2.4. Statika ................................................................................................... 10

2.4.1 Gaya Luar ..................................................................................... 11

2.4.2 Gaya Dalam .................................................................................. 11

2.4.3 Tumpuan ....................................................................................... 12

2.5. Analisa Kekuatan Material .................................................................... 13

2.5.1 Tegangan Normal (Normal Stress) ............................................... 13

2.6. Momen .................................................................................................. 16

2.7. Momen Inersia ...................................................................................... 16

2.8. Rangka Batang Sederhana ..................................................................... 18

2.8.1 Metode Perhitungan Struktur Rangka Batang Sederhana ............. 20

2.9. Factor of Safety ..................................................................................... 21

2.9.1 Pemilihan Faktor Keamanan ........................................................ 22

BAB III PERANCANGAN DAN GAMBAR

3.1 Flow Chart Pembuatan PC Based CNC milling 3 axis dengan pengendali

software Artsoft Mach3) ....................................................................... 24

3.2 Perancangan Rangka Lengan Sumbu Z .................................................. 26

3.2.1 Dimensi Mobil ................................................................................. 27

3.2.2 Panjang Gerak ................................................................................. 27


commit to user

vii

3.2.3 Dimensi Ruangan ............................................................................ 28

3.3 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC sumbu Z ................................. 28

3.3.1 Data dan Spesifikasi CNC ............................................................... 28

3.3.2 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC Sumbu Z ......................... 29

3.4 Pemilihan Material Rangka Lengan CNC Sumbu Z .............................. 30

3.5 Perhitungan Kekuatan Rangka Lengan CNC Sumbu Z ......................... 31

BAB IV PEMBUATAN DAN PENGUJIAN

4.1 Perencanaan Gambar ........................................................................... 37

4.2 Proses Desain ....................................................................................... 38

4.3 Simulasi Beban Statis Desain Rangka Lengan Cnc Sumbu Z ............. 44

4.3.1 Desain Rangka Lengan CNC Sumbu Z ........................................... 44

4.3.2 Proses Simulasi ............................................................................... 44

4.3.3 Model Komputasi ............................................................................ 46

4.3.4 Simulasi Kasus ................................................................................ 46

4.3.5 Faktor Keamanan (Factor Of Safety) .............................................. 47

4.3.6 Tegangan Von Mises ....................................................................... 47

4.3.7 Perubahan Bentuk (Displacement) .................................................. 48

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 49

5.2 Saran ...................................................................................................... 50

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 51

LAMPIRAN ....................................................................................................... 52


commit to user

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 CNC Tarus....................................................................................... 4

Gambar 2.2 CNC Router ..................................................................................... 5

Gambar 2.3 CNC Milling vertical:...................................................................... 5

Gambar 2.4 PC based CNC .............................................................................. 6

Gambar 2.5 Templates Solidworks ...................................................................... 9

Gambar 2.6 Prinsip Statika Keseimbangan ......................................................... 11

Gambar 2.7 Reaksi Tumpuan Rol ....................................................................... 12

Gambar 2.8 Reaksi Tumpuan Sendi.................................................................... 12

Gambar 2.9 Reaksi Tumpuan Jepit ..................................................................... 12

Gambar 2.10 Komponen-Komponen Tegangan Normal Dan Geser Dari

Tegangan .......................................................................................................... 13

Gambar 2.11 Batang Prismatik Yang Dibebani Gaya Aksial ............................. 14

Gambar 2.12 Gaya Tarik Aksial ......................................................................... 14

Gambar 2.13 Gaya Tekan Aksial ........................................................................ 15

Gambar 2.14 Batang Mengalami Tegangan Geser ............................................. 15

Gambar 2.15 Momen .......................................................................................... 16

Gambar 2.16 Momen inersia ............................................................................... 17

Gambar 2.17 Struktur gaya luar .......................................................................... 19

Gambar 3.1 Alur kerja tim dalam pembuatan Pembuatan PC Based CNC

milling 3 axis dengan pengendali software Artsoft Mach3 ............................... 25

Gambar 3.2 Dimensi mobil Molina .................................................................... 27

Gambar 3.3 Ball screw ........................................................................................ 28

Gambar 3.4 Gambar Dimensi Ruangan .............................................................. 28

Gambar 3.5 Desain I ........................................................................................... 29

Gambar 3.6 Desain 2 ........................................................................................... 29

Gambar 3.7 Desain 3 ........................................................................................... 30

Gambar 3.8 Rangka lengan CNC sumbu Z ......................................................... 31

Gambar 3.9 Tumpuan dan beban pada rangka sumbu z ..................................... 31

Gambar 3.10 Force Body Diagram ..................................................................... 32

Gambar 3.11 Pot. X-X ...................................................................................... 33

Gambar 3.11 Pot. Y-Y ...................................................................................... 33

Gambar 3.13 Diagram NFD, SFD, dan BMD ..................................................... 34

Gambar 3.14 Penampang rangka ........................................................................ 34

Gambar 4.1 Sketsa desain handmade rangka lengan sumbu Z ........................... 37

Gambar 4.2 Gambar Sketsa Profil. ...................................................................... 38

Gambar 4.3 Extrude Sketsa Profil ....................................................................... 38

Gambar 4.4 lubang baut ...................................................................................... 39

Gambar 4.5 Part batang tinggi ............................................................................ 39

Gambar 4.6 Part batang lebar ............................................................................. 40

Gambar 4.7 Part bracket ..................................................................................... 40


commit to user

ix

Gambar 4.8 Part nut ............................................................................................ 41

Gambar 4.9 Baut M6 ........................................................................................... 41

Gambar 4.10 Insert Komponen ........................................................................... 42

Gambar 4.11 Assembly total ................................................................................ 43

Gambar 4.12 Desain I Rangka lengan CNC sumbu Z. ....................................... 44

Gambar 4.13 Diagram alir simulasi .................................................................... 45

Gambar 4.14 Model Komputasi Rangka. ............................................................ 46

Gambar 4.15 Factor of Safety. ............................................................................ 47

Gambar 4.16 Tegangan Von Mises . ................................................................... 48

Gambar 4.18 Displacement . .............................................................................. 48


commit to user

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Rumus Momen Inersia ....................................................................... 18

Tabel 2.2 Factor of Safety ................................................................................... 24

Tabel 3.1 Dimensi CNC dan Batasan ................................................................. 29

Tabel 3.2 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC sumbu Z .............................. 30

Tabel 3.3. Nilai gaya dalam ................................................................................ 34


commit to user

xi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Gambar PC Based CNC ................................................................ 53

Lampiran 2. Gambar rangka lengan CNC sumbu Z .......................................... 54

Lampiran 3. Gambar L bracket .......................................................................... 55

Lampiran 4. Gambar Baut dan Nut .................................................................... 56

laporan proyek akhir desain dan analisis …eprints.uns.ac.id/21986/1/1_cover.pdf · laporan proyek...

Documents