MESIN FRAIS (Milling Machine)

Mesin frais adalah mesin tools yang digunakan secara akurat untuk menghasilkan satu atau lebih pengerjaan permukaan benda dengan menggunakan satu atau lebih alat potong. Benda kerja dipegang dengan aman pada meja benda kerja dari mesin atau dalam sebuah alat pemegang khusus yang dijepit atau dipasang pada meja mesin. Selanjutnya benda kerja dikontakkan dengan pemotong yang bergerak maju mundur. Mesin frais merupakan mesin potong yang dapat digunakan untuk berbagai macam operasi seperti pengoperasian benda datar dan permukaan yang memiliki bentuk yang tidak beraturan, roda gigi dan kepala baut, boring, reaming. Kemampuan untuk melakukan berbagai macam pekerjaan membuat mesin frais merupakan salah satu mesin yang sangat penting dalam bengkel kerja.

A. Prinsip Kerja Mesin FraisTenaga untuk pemotongan berasal dari energi listrik yang diubah menjadi gerak utama oleh sebuah motor listrik, selanjutnya gerakan utama tersebut akan diteruskan melalui suatu transmisi untuk menghasilkan gerakan putar pada spindel mesin milling.Spindel mesin milling adalah bagian dari sistem utama mesin milling yang bertugas untuk memegang dan memutar cutter hingga menghasilkan putaran atau gerakan pemotongan.Gerakan pemotongan pada cutter jika dikenakan pada benda kerja yang telah dicekam maka akan terjadi gesekan atau tabrakan sehingga akan menghasilkan pemotongan pada bagian benda kerja, hal ini dapat terjadi karena material penyusun cutter mempunyai kekerasan diatas kekerasan benda kerja.Dengan peralatan ini, maka dapat dihasilkan benda-benda kerja seperti pembuatan :1. Bidang rata2. Alur3. Roda gigi4. Segi banyak beraturan5. Bidang bertingkat

Disesuaikan dengan kebutuhan dan kemampuan kerja mesin frais, maka mesin ini dapat dikalsifikasikan sebagai berikut :1. Mesin frais horizontalMesin ini adalah terutama sebuah mesin ruang perkakas yang dikontruksi untuk pekerjaaan sangat teliti. Penampilannya mirip dengan mesin frais jenis datar. Perbedaannya adalah bahwa meja kerjanya dilengkapi dengan gerakan keempat yang memungkinkan meja berputar secara horizontal yang dilengkapi dengan sebuah indeks atau kepala pembagi yang terletak diujung meja. Sifat berputar pada mesin horizontal memungkinkan memotong spiral, misalnya seperti yang terdapat pada penggurdi, pemotog frais, nok dan beberapa roda gigi.

2. Mesin frais vertikalGerakan mejanya sama denga mesin datar. Biasanya tidak ada gerakan yang diberikan kepada pemotong kecuali gerakan berputar biasanya. Tetapi, kepala spindelnya dapat berputar yang memungkinkan peyetelan spindel dalam bidang vertikal pada setiap sudut dari vertikal samapi horizontal. Mesin ini mempunyai perjalanan spindel axial yang pendek untuk memudahkan pengfraisan bertingkat. Beberapa mesin frais vertikal dilengkapi dengan alat putar tambahan atau meja kerja putar untuk memungkinkan memfrais alur melingkar atau memfrais kontinyu suku cadang produksi yang kecil. Pemotongnya adalah semua jenis frais ujung.

3. Mesin frais universal.

B. Bagian-bagian Mesin FraisUraian selengkapnya dari bagian-bagian utama dari sebuah mesin frais adalah sebagai berikut :

Gambar 1. Mesin Frais LututKeterangan gambar :a. Lengan untuk menyokong arbor.b. Penyokong arbor.c. Tuas untuk menggerakkan meja otomatis.d. Nok pembatas untuk membatasi jarak gerak otomatis meja.e. Meja mesin tempat untuk memasang benda kerja dan perlengkapan mesin.f. Engkol, untuk menggerakkan meja dalam arah memanjang.g. Tuas untuk mengunci maja.h. Baut penyetel untuk menghilangkan geteran meja.i. Engkol untuk menggerakkan sadel dalam arah melintang.j. Engkol untuk menggerakkan lutut dalam arah tegak.k. Tuas untuk mengunci meja.l. Tabung pendukung dengan batang ulir,untuk mengatur tingginya meja.m. Lutut tempat untuk kedudukan alas meja.n. Tuas untuk mengunci sadel.o. Alas meja, tempat kedudukan untuk meja.p. Tuas untuk merubah kecepatan motor listrik.q. Engkol meja.r. Tuas, untuk merubah kecepatan motor listrik.s. Tuas untuk menentukan besamya putaran spindel dan pisau frais.t. Tiang untuk menghantar turun naiknya meja.u. Spindel untuk memutarkan arbor dan pisau frais.v. Tuas untuk menjalankan spindel.

1. Badan (machine column).Badan adalah bagian yang menahan seluruh bagian-bagian mesin itu, di dalamnya terdapat motor penggerak, susunan roda-roda gigi pengatur kecepatan putar, tempat minyak pelumas untuk melumasi bagian-bagian yang berputar.2. AlasDibagian alasnya terdapat tempat penampungan cairan pendingin, cairan pendingin ini dialirkan oleh suatu pompa ke tempat kedudukan pisau frais melalui pipa atau selang untuk mendinginkan pisau penyayat, cairan ini apabila sudah dipakai akan kembali lagi ke tempat semula melalui suatu saluran.3. LenganLengan adalah bagian mesin frais yang berguna sebagai tempat kedudukan penopang atau penahan ujung poros mesin frais dan letaknya pada bagian paling atas mesin tersebut.Kedudukan lengan ini dapat diatur atau digeser, pada suatu pengerjaan tertentu lengan ini kadang-kadang tidak dipakai karena menghalangi perlengkapan yang dipakai.4. Paksi atau spindel (main spindle).Paksi atau spindel adalah poros utama masin frais dan berfungsi sebagai tempat kedudukan poros frais (arbor), poros tersebut dimasukkan ke dalam lubang paksi dan diikat dengan baut pengikat yang letaknya di ujung lubang paksi, jika mesin dijalankan paksi akan membawa poros ikut berputar.5. LututLutut adalah tempat kedudukan meja dan eretan meja (sadel), lutut ini ditahan oleh eretan yang melekat pada badan mesin serta ditopang oleh poros berulir sebagai poros penggerak naik turunnya lutut tersebut.6. SadelEretan meja atau sadel adalah bagian yang menyokong meja dan terpasang di atas lutut, bagian bawahnya berbentuk sambungan ekor burung yang menghubungkan bagian atas lutut, bagian atasnya terdapat bantalan penahan meja dan mempunyai sambungan ekor burung yang bentuknya memanjang, meja tersebut diikat dengan baut yang terpasang pada salurannya.7. MejaBentuk meja mesin persegi panjang dan berfungsi sebagai tempat kedudukan benda kerja yang akan disayat, permukaannya sangat rata dan beralur dengan bentuk I, gunanya disamping tempat kedudukan baut-baut pengikat juga sebagai saluran untuk mengalirkan cairan pendingin yang sudah terpakai ke tempat bak penampungan.

C. Klarifikasi proses fraisKemampuan mesin frais dalam melakukan proses-proses pemesinan tersebut dikaitkan dengan keragaman mata pahat/pemotongnya. Berikut klasifikasi proses frais secara umum adalah:

Gambar 2. Klasifikasi Proses Frais

1. Slab millingProses frais ini disebut juga slab milling, permukaan yang difrais dihasilkan oleh gigi pisau yang terletak pada permukaan luar badan alat potongnya. Sumbu dari putaran pisau biasanya pada bidang yang sejajar dengan permukaan benda kerja yang disayat.2. Face millingPada frais muka, pisau dipasang pada spindel yang memiliki sumbu putar tegak lurus terhadap permukaan benda kerja. Permukaan hasil proses frais dihasilkan dari hasil penyayatan oleh ujung dan selubung pisau.3. End milling cuttersPisau pada proses frais jari biasanya berputar pada sumbu yang tegak lurus permukaan benda kerja. Pisau dapat digerakkan menyudut untuk menghasilkan permukaan menyudut.

D. Alat Bantu Pada Mesin FraisAlat bantu pada mesin frais pada garis besarnya dapat dibagi atas tiga bagian yaitu perlengkapan yang kedudukannya pada paksi mesin misalnya poros frais, kolet dan alat-alat lain yang digunakan untuk pemasangan pisau frais, perlengkapan kedua ialah perlengkapan yang berfungsi sebagai alat penjepit misalnya catok, pelat-pelat penjepit, penahan benda kerja dan lain-lain. Perlengkapan berikutnya adalah kepala pembagi, meja silinder, kepala lepas.

1. Poros mesin (Arbor).Poros mesin frais adalah perlengkapan mesin frais yang berfungsi sebagai tempat kedudukan pisau frais dan ditempatkan pada sumbu utama mesin, alat ini bentuknya bulat panjang dan sepanjang badannya beralur spi, bagian ujung bentuknya tirus dan ujungnya berulir dan ditempatkan pada lubang paksi dan diikat oleh baut pengikat. Poros mesin ini selalu dilengkapi dengan cincin (collar) yang beralur spi dan terpasang sepanjang poros, dimana cincin ini berguna untuk mengikat pisau frais yang terpasang diantara cincin-cincin tersebut. Cincin akan ditahan oleh penahan poros ukurannya lebih besar dari pada cincin-cincin yang lainnya dan dikerjakan dengan sangat hati-hati sehingga halus dan ukurannya tepat sama dengan lubang penahan poros, jika kedudukan cincin dan poros longgar maka akibatnya penyayatan pisau frais akan bergetar, putaran pisau tidak sentris, hasil penyayatan tidak rata dan lambat laun poros akan bengkok.

2. Kepala Lepas (tail-stock)Kepala lepas pada mesin frais fungsinya sama dengan pada mesin bubut hanya konstruksinya yang berbeda, dimana kedudukan sumbu senternya dapat diatur dalam arah memutar vertikal dan dapat dinaik turunkan sesuai tinggi sumbu benda kerja yang dibutuhkan. Kepala lepas dipasang di atas meja mesin dengan kedudukan segaris dengan kepala pembagi.

3. Ragum.Ragum digunakan untuk menjepit benda kerja; karena bentuk dan ukuran benda kerja berbeda-beda maka ragum yang ada juga bermacam-macam.Jenis ragum ada beberapa macam, diantaranya adalah :a. Ragum datar, dipakai untuk pekerjaan yang ringan.b. Ragum pelat, dipakai untuk pekerjaan berat pada mesin yang besar,c. Ragum busur, pada alas ragum terdapat skala indeks sudut, sudut rahang benda kerja dapat disetel dalam arah horizontal sebesar sudut yang dikehendaki.d. Ragum universal, sudut rahang dapat disetel dalam arah horizontal dan vertikal sebesar sudut yang dikehendaki. 4. Kepala Pembagi (dividing head)Kepala pembagi sering dipakai pada mesin frais untuk memegang dan mengatur letak benda kerja selama proses pengefraisan.Jenis kepala pembagi ada 3 (tiga) golongan besar :a. Kepala pembagi langsung.Komponen kepala pembagi langsung terhadap badan, spindel untuk memegang dan memutar benda kerja, suatu alat penunjuk yang terpasang pada spindel dan pengunci. Benda kerja diputar langsung dengan menggunakan tangan. Pelat penunjuk mempunyai lubang yang terletak melingkar yang memungkinkan pin (pasak) untuk dipasang pada posisi 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9,10,15, 24, 30, dan 60 dari benda kerja.b. Kepala pembagi datar.Kepala pembagi datar (tidak langsung) memungkinkan diperolehnya posisi yang lebih Iuas pada suatu pembagi yang terletak disisi. Bagian kepala terdiri dari spindel (untuk memegang dan memutar benda kerja) yang dihubungkan dengan melalui roda gigi cacing ke suatu batang penunjuk. Roda gigi cacing umumnya mempunyai perbanding-an reduksi 40 : 1 oleh karenanya untuk memutar benda kerja satu kali diperlukan 40 kali putaran poros penunjuk.c. Kepala pembagi universal.Kepala pembagi universal dapat dipergunakan sebagai kepala pembagi langsung, sederhana dan kepala pembegi bersudut. Spindel kepala pembagi dapat dimiringkan membentuk suatu sudut yang dipergunakan untuk pembukaan permukaan bersudut.

Kepala pembagi berguna untuk membagi sudut dari benda yang difrais sehingga menghasilkan pembagian yang sama, alat ini sangat penting khususnya diwaktu membuat sesuatu segi yang sama sisi pada suatu batang bulat misalnya segi 4, 6, 8, roda gigi, alur-alur beraturan segi banyak beraturan, alur sekrup.Benda kerja dapat dijepit antara dua senter atau salah satu ujungnya dijepit dengan chuk dan ujung lain didukung dengan menggunakan arbor penjepit yang dimasukkan ke dalam lubang tirus pada spindel. Kepala pembagi dapat juga dihubungkan ke poros meja mesin melalui roda-roda gigi misalnya untuk mengefrais alur spiral, kam dan lain-lain.

Contoh perhitungan :a. Jika akan difrais suatu batang bulat panjang sehingga menjadi segi empat sama sisi maka batang pemutar kepala pembagi harus diputar 40 : 4 = 10 putaran setiap pergantian pengefresan, karena hasilnya genap yaitu 10 maka ujung puncak dapat ditempatkan pada lubang mana saja, asalkan setelah diputar 10 kali harus ditempatkan kembali pada lubang semula.b. Bila batang tersebut akan difrais menjadi segi 12 sama sisi maka caranya adalah:1. Batang tersebut harus diputar 40 : 12 = 3 1/3 putaran setiap pergantian bagian yang difrais.2. Carilah salah satu angka pada piring pembagi yang dapat dibagi dengan 3 misalnya 21, aturlah batang pemutar itu sehingga ujung puncak masuk pada lubang yang terdapat pada baris lingkaran yang berangka 21.3. 1/3 putaran = 1/3 x 21 = 7 bagian atau 8 lubang (selalu ditambah 1), dengan demikian batang pemutar tersebut harus diputar 3 kali ditambah 8 lubang.Agar kelebihan putaran ini (8 lubang) tidak selalu harus dihitung atau tidak terjadi kekeliruan setiap pergantian bagian yang di frais maka kaki jangka diatur sehingga jarak kedua kaki tersebut 8 lubang, setiap pergantian bagian yang difrais, kaki jangka ini diputar sehingga kedudukan puncak selalu tetap pada jarak putaran yang telah ditentukan.5. Meja putar kelilingMeja putar keliling dinamakan juga meja pembagi yang sering dipakai pada mesin frais tegak (vertikal), meja ini terdiri dari rumah tetap yang di dalamnya terdapat mekanik penggerak dan sebuah pelat putar, dalam pelat ini terdapat alur T untuk menambatkan benda kerja atau perkakas dengan bantuan baut pengikat.Di tengah pelat putar dibubut sebuah lubang pemusat atau kortis pemusat yang di dalamnya dapat ditempatkan perkakas pemusat dan perkakas penambat. Pelat itu dapat dikuatkan pada tiap kedudukan dengan bantuan suatu lengkapan jepit. Meja putar keliling dapat dikuatkan di alas meja pengikat mesin frais dengan bantuan baut pengikat, melalui bagian tengah pelat dasar dapat diadakan sebuah aluran untuk keperluan blok-blok pengarah yang sesuai dalam aluran tambat meja penambat.Pada beberapa petaksana meja putar keliling dalam pinggiran pelat putar terdapat kemungkinan untuk memasang tumpuan pembatas yang dipergunakan untuk pembuatan pekerjaan seri, dengan demikian pelat putar akan selalu berputar sama jauhnya sehingga tiap benda kerja memperoleh pengerjaan yang serupa, tepat pada tempat yang sama.Proses pengerjaan benda kerja pada mesin frais disebut dengan mengefrais, antar lain mengefrais datar, mengefrais tegak, mengefrais alur, mengefrais gigi dan lain-lainnya. Untuk melakukan proses penyayatan benda kerja dipasang pada meja, kemudian meja dinaikkan sehingga benda kerja pada posisi penyayatan oleh pisau yang berputar kemudian meja digerakkan sesuai kebutuhannya untuk memberi penyayatan yang terus menerus.Hasil serta bentuk pekerjaan mesin frais tergantung dari bentuk utama mata frais (tidak berubah walau diasah), jadi tidak seperti pahat bubut yang disesuaikan menurut kebutuhannya dan disamping bentuk-bentuk yang sudah tetap frais itu sekelilingnya mempunyai gigi-gigi yang berperanan sebagai mata pemotongnya. Sehingga keuntungan dari pada mesin frais terhadap mesin bubut antara lain tiap-tiap sisi potong memulai pekerjaan secara teratur dan oleh beberapa sisi potong dilakukan pemotongan serempak.Pisau frais dipasang pada sumbu (arbor) mesin yang didukung dengan alat pendukung arbor, jika arbor mesin diputar oleh motor maka pisau frais ikut berputar, arbor mesin dapat berputar ke kanan atau ke kiri sedangkan banyaknya putaran diatur sesuai dengan kebutuhannya.

Sesuai dengan jenis pahat yang digunakan maka mesin frais terbagi atas jenis sebagai berikut :a. mesin frais datar (slab milling) di mana sumbu pisau penyayatnya horizontal.b. mesin frais tegak (face milling) di mana sumbu pisau penyayatnya terletak vertikal.

E. Jenis Mesin FraisBanyak macam-macam mesin frais yang digunakan saat ini, tetapi pada garis besarnya mesin fresis dapat diklasifikasikan menjadi :1. Mesin Frais Universal.Dipergunakan untuk memfrais rata, profil dan alur baji, untuk memfrais alur-alur yang berbentuk sekrup dalam gurdi pilin, pelengkang-pelengkang, tap-tap pengulir frais-frais giling, roda ulir serta gigi-gigi lurus dan roda sekrup. Benda kerja dipasang atau langsung atau dengan perantara sebuah sekrup jepit sejajar pada meja atau dibentangkan diantara center-center kepala pembagi termasuk kepala lepasnya. Gerak penjalan dilakukan oleh meja, yang untuk ini digerakkan sendiri oleh batang sekrup. Dalam pada itu dihantarkan melalui bagian yang dapat berputar melingkari sebuah paksi tegak dan disangga oleh sebuah eretan.Eretan ini dapat digeserkan pada sebuah console yang dapat dipindahkan vertikal, gerak dari bagian putar, eretan dan console pada mesin ini hanya dipergunakan untuk menyetel tepat benda kerja yang dilakukan secara manual.

Gambar 3. Mesin Frais Universal2. Mesin Frais Horizontal (mendatar)Mesin frais ini banyak menyerupai mesin frais universal, hanya mejanya tak dapat melaku-kan gerak putar dan kepala pembagi tidak ada. Oleh karena itu mesin-mesin ini hanya dipergunakan untuk memfrais rata, profil dan alur-alur baji. Dengan menempatkan alat bantu pada paksi utama, sehingga frais cakra dapat disetel tepat dalam kedudukan miring, maka dapat pula memfrais alur-alur spiral.Meja pemasang pada mesin frais universal yang dilengkapi dengan kepala pembagi dan center, disetel miring untuk keperluan ini. Pelananya (lutut) merupakan sebuah lemari yang tertutup seluruhnya dengan pompa untuk pelumasan dari semua bagian yang bergerak di dalamnya, kesemuanya merupakan suatu bagian yang dapat dibongkar, penggeraknya dilakukan melalui poros-poros baji tegak mulai dari pemindahan motor.Berkenaan dengan ini maka roda-roda gigi digerakkan secara hidrolik dan suatu lengkapan palang memblokir pergeseran ini selama paksi belum berhenti. Untuk semua gerak meja dapat dipergunakan gerak jalan cepat. Tumpuan yang dapat disetel membatasi gerak dalam arah memanjang. Bidang-bidang tegak juga dapat dikerjakan dengan mesin frais mendatar dengan menggunakan sebuah kepala frais. Untuk memfrais rata benda-benda kerja yang lebih panjang, yang seharusnya diketam, dibuat mesin-mesin frais panjang. Bentuknya sama dengan mesin ketam meja, akan tetapi meja bersama-sama benda kerja bukan melakukan gerak utama melainkan gerak penjalan.

Gambar 4. Mesin Frais Horizontal

3. Mesin Frais Vertikal (tegak).Mesin ini mampunyai sebuah paksi tegak, apabila meja pemasang dibuat dapat berputar maka dengan sebuah mantel frais dapat dikerjakan banda-benda yang sebagian dari sekelilingnya adalah bulat. Dalam pada itu benda kerja melakukan gerak penjalan yang berbentuk lingkaran. Pada mesin-mesin frais alur baji khusus, frais jari-jari yang berdiri tegak berjalan mondar mandir melalui jarak yang ditetapkan terhadap benda kerja yang tak bergerak dan pada tiap-tiap titiknya di ujung diberikan penggerakan secara otomatis.

Gambar 5. Mesin Frais Vertikal

4. Mesin Frais CopyMesin ini pada dasarnya sesuai dengan peralatan reduksi jajaran genjang pada mesin-mesin uap, supaya pemindahan langkah tersebut pada tromol kertas pesawat indikator dapat diperkecilkan. Dengan menggunakan lebih dahulu sebuah jarum penghantar lebih tebal dan sebuah frais lebih kuat, yang mengambil geram-geram lebih berat maka terlebih dahulu bentuk yang mendekati bentuk yang dikehendaki, kemudian dengan geram dan frais yang lebih halus diperoleh bentuk terakhir. Dalam mesin-mesin ini, frais dan jarum pengantar itu dapat ditukar sehingga dapat memungkinkan untuk membuat suatu contoh yang lebih besar dari bahan yang lebih lunak misalnya : aluminium, kayu keras dan lain-lain. Meja dan support lintang dengan kepala frais digerakkan secara hidrolik dan dalam pada itu dikemudikan dengan roda tangan atau otomatik. Untuk ini hanya digunakan dua buah tuas, masing-masing dengan lima kedudukan, kecepatan penjalan dan kelajuan cepat mesin ini dapat ditetapkan ke kanan dan ke kiri. Untuk eretan lintang adalah sedemikian pula, yakni masing masing maju atau mundur.

Gambar 5. Copying Milling Machine

5. Mesin Frais Perkakas Universal.Mesin ini dipergunakan untuk pekerjaan frais yang sulit pada perkakas dan stempel-stempel dari bermacam-macam bentuk. Dengan menggantikan kepala frais tegak oleh sebuah kepala frais yang mempunyai paksi mendatar atau dengan menempatkan suatu mekanik bangku tusuk terdapat kemungkinan untuk dapat mengerjakan pekerjaan itu. Sebuah sekrup perenggang dapat dipergunakan pada meja yang tidak dapat disetel, yakni untuk menjepit benda kerja dalam tiap-tiap kedudukan yang diingini. Benda kerja dan mal dipasang pada meja setelah mana mal tersebut digerakkan dengan kelilingnya melalui sebuah jarum pengantar yang tidak bergerak. Paksi frais yang juga tidak bergerak memfrais benda kerja menurut bentuk yang dikehendaki. Dengan demikian dapat dibuat pekerjaan-pekerjaan yang dibuat oleh mesin frais copy pada sebuah mesin frais tegak, asal saja kita membuat bagian pemasangan untuk jarum dan mengeratkannya pada kepala frais.

DAFTAR PUSTAKA1. Amstead, B.H.dkk. 1991. Teknolgi Mekanik, Jakarta : Erlangga, Jilid 1.2. Amstead, B.H.dkk. 1991. Teknolgi Mekanik, Jakarta : Erlangga, Jilid 2.3. Anonimus. 2005. Proses Pemesinan, Jakarta4. Mulyanto, Tri. 2007. Proses Manufaktur II (Metal Cutting Process) Edisi 2. Penerbit Universitas Pancasila. Jakarta