pengembangan mesin cnc router 3-axiseprints.umk.ac.id/10773/1/hal. judul.pdf · 2019. 7. 24. · ii...

L A P O R A N S K R I P S I

PENGEMBANGAN MESIN CNC ROUTER 3-AXIS

UNTUK UKIR FOTO 3 DIMENSI

KHAN ANNUDIN

NIM. 201552041

DOSEN PEMBIMBING

Solekhan, S.T., M.T.

Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng.

PRGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MURIA KUDUS

2019

ii

HALAMAN PERSETUJUAN



KHAN ANNUDIN

NIM. 201552041

Kudus, 8 Februari 2019

Menyetujui,

Pembimbing Utama,


NIDN. 0619057201

Pembimbing Pendamping,

Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng

NIDN. 0610079002

Mengetahui

Koordinator Skripsi

Imam Abdul Rozaq, S.Pd., M.T,

NIDN. 0629088601

iii

HALAMAN PENGESAHAN



KHAN ANNUDIN

NIM. 201552041


Menyetujui,

Ketua Penguji,

Mohammad Dahlan, S.T., M.T.

NIDN. 0601076901

Anggota Penguji I,

Imam Abdul Rozaq, S.Pd., M.T,

NIDN. 0629088601

Anggota Penguji II,


NIDN. 0619057201

Mengetahui,

Dekan Fakultas Teknik

Mohammad Dahlan, S.T., M.T.

NIDN. 0601076901

Ketua Program Studi Teknik Elektro

Mohammad Iqbal, S.T., M.T.

NIDN. 069077501

iv

PERNYATAAN KEASLIAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Khan Annudin

NIM : 201552041

Tempat & Tanggal Lahir : Pati, 09 Juli 1995

Judul Skripsi : Pengembangan Mesin CNC Router 3-Axis Untuk

Ukir Foto 3 Dimensi

Menyatakan dengan sebenarnya bahwa penulisan skripsi ini berdasarkan hasil

penelitian, pemikiran dan pemaparan asli dari saya sendiri, baik untuk naskah

laporan maupun kegiatan lain yang tercantum sebagai bagian dari skripsi ini.

Seluruh ide, pendapat, atau materi dari sumber lain telah dikutip dalam skripsi

dengan cara penulisan referensi yang sesuai.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila dikemudian

hari terdapat penimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya

bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar dan sanksi lain

sesuai dengan peraturan yang berlaku di Universitas Muria Kudus.

Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar tanpa paksaan dari pihak

manapun.


Yang memberi pernyataan,

Materai 6000

Khan Annudin

NIM. 201552041

v



Nama mahasiswa : Khan Annudin

NIM : 201552041

Pembimbing :

1. Solekhan, S.T., M.T.

2. Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng

RINGKASAN

CNC (Computer Numerical Control) adalah mesin kerja yang dikendalikan

dengan komputer dan pengoperasiannya menggunakan bahasa numerik (angka dan

huruf). Mesin CNC ada banyak jenisnya, salah satunya adalah mesin CNC Router,

penelitian yang sudah ada mengenai mesin CNC Router digunakan untuk mengukir

motif lokal daerah Jepara dan untuk mengebor PCB. Dari penelitian yang sudah ada

mengenai fungsi mesin CNC Router akan dilakukan pengembangan hasil, yaitu

mengukir relief wajah dengan mesin CNC Router 3-Axis pada bahan grafir kayu

jati belanda.

Langkah awal dari pengukiran relief wajah adalah mengkonversi file

gambar ke dalam bentuk format G-Code dengan aplikasi Aspire, setelah itu

menghubungkan aplikasi GRBL Controller dengan laptop/PC. Untuk proses

pengukiran itu sendiri ada dua langkah yaitu tahap roughing dan tahap finishing,

dimana pada tahap roughing dihasilkan ukiran dengan kontruksi gambar yang

bergaris, sedangkan pada tahap finishing dihasilkan ukiran dengan kontruksi

gambar yang halus.

Mesin CNC ini memiliki parameter area kerja dengan panjang 375 mm,

lebar 335 mm, dan tinggi 135 mm, untuk hasil dari mesin CNC ini memiliki standar

deviasi sebesar 0.256047, error sebesar 0.8 %, akurasi sebesar 99.18 %, dan presisi

sebesar 0.9958.

Kata kunci : CNC, relief wajah, jati belanda, roughing, finishing.

vi

DEVELOPMENT OF CNC ROUTER 3-AXIS MACHINE FOR CRAVING

PHOTOS 3 DIMENSION

Student Name : Khan Annudin

Student Identity Number : 201552041

Supervisor :

1. Solekhan, S.T., M.T.

2. Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng

ABSTRACT

CNC (Computer Numerical Control) is a work machine that is controlled

by a computer and its operation uses numerical languages (numbers and letters).

There are many types of CNC machines, one of which is a CNC Router machine,

existing research on CNC Router machines is used to carve local motifs of the

Jepara area and to drill PCB. From the existing research on the functions of CNC

Router machines, the results will be developed, namely carving facial relief with a

CNC Router 3-Axis machine on dutch teak wood engraving materials.

The first step of engraving face relief is to convert the image file into G-

Code format with the Aspire application, then connect the GRBL Controller

application to the laptop/PC. For the engraving process itself there are two steps,

namely the roughing stage and the finishing stage, where during the roughing stage

carvings are produced with striped image construction, while the finishing stage is

carved with fine image contruction.

This CNC machine has a work area parameter with a length of 375 mm, a

width of 335 mm, and a height of 135 mm, for the results of this CNC machine has

a standard deviation of 0.256047, an error of 0.8 %, an accuracy of 99.18 %, and

a precision of 0.9958.

Keywords : CNC, face relief, dutch teak, roughing, finishing.

vii

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Alhamdulilah, segala puji hanya milik Allah SWT yang telah melimpahkan

segala nikmat, rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan

penulisan laporan skripsi dengan judul “Pengembangan Mesin CNC Router 3-Axis

Untuk Ukir Foto 3 Dimensi”. Penyusunan skripsi ini adalah sebagai salah satu

syarat yang harus ditempuh untuk menyelesaikan Program Studi Teknik Elektro

S-1 pada Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus.

Selama penulisan dan penyusunan laporan skripsi ini penulis ingin

menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr. Suparnyo, S.H., M.S. selaku Rektor Universitas Muria Kudus.

2. Bapak Mohammad Dahlan, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik

Unversitas Muria Kudus.

3. Bapak Mohammad Iqbal, S.T., M.T. selaku Ka. Program Studi Teknik

Elektro Universitas Muria Kudus.

4. Bapak Solekhan, S.T., M.T. selaku pembimbing I yang telah memberikan

motivasi, ide dan gagasan dalam menyelesaikan penyusunan skripsi ini.

5. Ibu Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng. selaku pembimbing II

sekaligus Dosen Pembimbing Akademik yang selalu sabar dalam

memberikan arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan penyusunan

skripsi ini.

6. Seluruh Dosen, Laboran dan karyawan Teknik Elektro Universitas Muria

Kudus atas segala ilmu yang bermanfaat bagi penulis.

7. Keluarga Teknik Elektro Angkatan 2015 atas gelak tawa dan solidaritas

yang luar biasa sehingga membuat hair-hari kuliah lebih berarti dan luar

biasa.

8. Seluruh Civitas Akademik Universitas Muria Kudus atas ilmu dan

pengalaman yang bermanfaat bagi penulis.

viii

Semoga segala bantuan yang telah diberikan menjadi catatan amal tersendiri

di hari perhitungan kelak dan semoga Allah SWT memberikan balasan yang

setimpal. Berbagai upaya telah penulis lakukan untuk menyelesaikan laporan

skripsi ini, tetapi penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna.

Untuk itu kritik dan saran senantiasa mengharapkan kesempurnaan laporan skripsi

ini.

Akhir kata semoga laporan ini dapat menambah khasanah pustaka di

lingkungan almamater Universitas Muria Kudus. Amin.

Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.


Penulis

ix

DAFTAR ISI

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

HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... ii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ iii

PERNYATAAN KEASLIAN ........................................................................ iv

RINGKASAN ................................................................................................. v

ABSTRACT ..................................................................................................... vi

KATA PENGANTAR .................................................................................... vii

DAFTAR ISI ................................................................................................... ix

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv

DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xvi

DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvii

DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN .................................................... xviii

BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1

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

1.2 Perumusan Masalah ................................................................................ 2

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

1.4 Tujuan ..................................................................................................... 3

1.5 Manfaat ................................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 4

2.1 Penelitian Terkait Mesin CNC ............................................................... 4

2.2 Computer Numerical Controller (CNC) ................................................. 8

2.3 G-Code .................................................................................................... 9

2.4 Software Aspire 9.0 ................................................................................. 9

2.5 Software GRBL Controller ..................................................................... 10

2.6 Ukir ......................................................................................................... 11

2.7 Arduino Uno R3 ..................................................................................... 12

2.8 Limit Switch ............................................................................................ 13

x

2.9 Motor Spindle Kit ................................................................................... 13

2.10 Motor Stepper ......................................................................................... 14

BAB III METODOLOGI ............................................................................. 18

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................. 18

3.2 Alat dan Bahan ....................................................................................... 18

3.3 Metode Penelitian ................................................................................... 18

3.3.1 Study Literature ............................................................................. 20

3.3.2 Perancangan Hadware................................................................... 20

3.3.2.1 Perancangan Mekanik .......................................................... 20

3.3.2.2 Perancangan Kendali ........................................................... 23

3.3.3 Perancangan Software ................................................................... 24

3.3.4 Perancangan Prototype .................................................................. 25

3.4 Pengujian Pergerakan Mesin CNC Router 3-Axis .................................. 27

3.4.1 Pengujian Sumbu X ....................................................................... 28

3.4.2 Pengujian Sumbu Y ....................................................................... 31

3.4.3 Pengujian Sumbu Z ....................................................................... 35

3.4.4 Keseluruhan Pergerakan Ketiga Sumbu ........................................ 39

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 40

4.1 Konversi File Foto ke Format Code-G ................................................... 40

4.2 Menghubungkan Aplikasi GRBL Controller ke PC/Laptop ................... 44

4.3 Parameter Area Kerja ............................................................................. 46

4.3.1 Sumbu X ........................................................................................ 46

4.3.2 Sumbu Y ........................................................................................ 48

4.3.3 Sumbu Z ........................................................................................ 49

4.3.4 Tampilan Keseluruhan Mesin CNC Router 3-Axis ....................... 49

4.4 Pengujian Pergerakan Mesin CNC Router 3-Axis .................................. 50

4.4.1 Pengujian Sumbu X ....................................................................... 50

4.4.2 Pengujian Sumbu Y ....................................................................... 60

4.4.3 Pengujian Sumbu Z ....................................................................... 69

4.4.4 Perbandingan Error %, Akurasi, dan Presisi Tiap Sumbu ............ 79

4.5 Hasil Pengukiran Foto 3 Dimensi ........................................................... 80

xi

BAB V PENUTUP .......................................................................................... 83

5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 83

5.2 Saran ....................................................................................................... 83

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 84

LAMPIRAN .................................................................................................... 86

BIODATA PENULIS ..................................................................................... 101

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Mesin CNC Router 3-Axis ................................................... 4

Gambar 2.2 Skema Hardware ................................................................. 5

Gambar 2.3 Desain Motif Lokal .............................................................. 6

Gambar 2.4 Skema Rangkaian Limit Switchi dan Emergency ................ 7

Gambar 2.5 Mesin CNC .......................................................................... 9

Gambar 2.6 Aplikasi Aspire 9.0 .............................................................. 10

Gambar 2.7 Aplikasi GRBL Controller ................................................... 10

Gambar 2.8 Mikrokontroler Arduino Uno .............................................. 12

Gambar 2.9 Limit Switch ......................................................................... 13

Gambar 2.10 Motor Spindle Kit ................................................................ 14

Gambar 2.11 Penampang Melintang Motor Stepper Tipe VR .................. 16

Gambar 2.12 Kontruksi Motor Stepper Tipe PM ...................................... 17

Gambar 2.13 Penampang Melintang Motor Stepper Tipe HB .................. 17

Gambar 3.1 Diagram Alur Pembuatan Mesin CNC Router 3-Axis ......... 19

Gambar 3.2 Almunium Profiles ............................................................... 20

Gambar 3.3 Bearing 608 ......................................................................... 21

Gambar 3.4 Roda Rel Sumbu X .............................................................. 21

Gambar 3.5 Roda Rel Sumbu Y .............................................................. 22

Gambar 3.6 Kerangka Sumbu Z .............................................................. 23

Gambar 3.7 Perancangan Hardware ....................................................... 23

Gambar 3.8 Diagram Alur Proses Perancangan Software ....................... 24

Gambar 3.9 Tampilan Mesin CNC Tampak Depan ................................ 25

Gambar 3.10 Tampilan Mesin CNC Tampak Samping ............................ 26

Gambar 3.11 Tampilan Mesin CNC Tampak Belakang ............................ 26

Gambar 3.12 Tampilan Mesin CNC Tampak Pojok Kanan Atas .............. 27

Gambar 4.1 Pengaturan Area Kerja Aspire ............................................. 40

Gambar 4.2 Tampilan Gambar 3 Dimensi ............................................... 41

Gambar 4.3 Tampilan Setting Component Properties ............................. 42

Gambar 4.4 Tampilan Bidang Persegi ..................................................... 43

Gambar 4.5 Tampilan Setting Roughing ................................................. 43

xiii

Gambar 4.6 Tampilan Setting Save Toolpats .......................................... 44

Gambar 4.7 Tampilan GRBL Controller Sebelum Connect PC ............. 45

Gambar 4.8 Tampilan GRBL Controller Sesudah Connect PC .............. 45

Gambar 4.9 Tampilan Toolpath Pada GRBL Control ............................. 46

Gambar 4.10 Lintasan Rel dan Penompang Roda Rel Sumbu X .............. 47

Gambar 4.11 Pengukuran Hasil Pergerakan Maksimal Sumbu X ............. 47

Gambar 4.12 Lintasan Rel dan Penompang Roda Rel Sumbu Y .............. 48

Gambar 4.13 Pengukuran Hasil Pergerakan Maksimal Sumbu Y ............. 48

Gambar 4.14 Lintasan Rel dan Penompang Roda Rel Sumbu Z ............... 49

Gambar 4.15 Tampilan Keseluruhan Mesin CNC Router 3-Axis ............. 50

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 50 mm ................... 28

Tabel 3.2 Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 100 mm ................. 29




Tabel 3.6 Data Keseluruhan Percobaan Pada Sumbu X ........................... 31

Tabel 3.7 Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 50 mm ................... 32

Tabel 3.8 Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 100 mm ................. 32




Tabel 3.12 Data Keseluruhan Percobaan Pada Sumbu Y ........................... 35

Tabel 3.13 Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 10 mm .................... 35





Tabel 3.18 Data Keseluruhan Percobaan Pada Sumbu Z ........................... 38

Tabel 3.19 Standar Deviasi, Error, Akurasi, dan Presisi Tiap Sumbu ....... 39

Tabel 4.1 Pengujian Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 50 mm .. 50

Tabel 4.2 Pengujian Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 100 mm. 52




Tabel 4.6 Standar Deviasai, Error %, Akurasi, Presisi Pada Sumbu X ... 59

Tabel 4.7 Pengujian Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 50 mm .. 60

Tabel 4.8 Pengujian Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 100 mm. 62




Tabel 4.12 Standar Deviasai, Error %, Akurasi, Presisi Pada Sumbu Y ... 69

xv

Tabel 4.13 Pengujian Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 10 mm. .. 70

Tabel 4.14 Pengujian Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 20 mm ... 71




Tabel 4.18 Standar Deviasai, Error %, Akurasi, Presisi Pada Sumbu Z.... 79

Tabel 4.19 Error %, Akurasi, dan Presisi Pada Tiap Sumbu ..................... 79

Tabel 4.20 Konversi Gambar ke Kode-G ................................................... 80

Tabel 4.21 Hasil Proses Penggrafiran......................................................... 81

xvi

DAFTAR SIMBOL

Simbol Keterangan Satuan Nomor

Persamaan

% Persen %

ω Kecepatan sudut rpm 1 & 2

π phi - 1

n Step / putaran - 1

Np Pulsa / rotasi - -

τ Torsi Newton meter 2 & 3

P Daya Watt 2

F Gaya Newton 3 & 4

L Panjang Meter 3

m Massa Kg 4

g Percepatan

Gravitasi m/s2 4

SD Standar Deviasi mm 5

Σ Jumlah - 5

x Niai rata-rata - 5

xi Pengujian ke-n - 5

x Expexted Value mm 6

y Measured Value mm 6

Yn Measured Value mm 6

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Hasil Pergerakan Sumbu X .................................................. 86

Lampiran 2 Hasil Pergerakan Sumbu Y .................................................. 91

Lampiran 3 Dokumentasi Kegiatan ......................................................... 97

Lampiran 4 Diagram Rangkaian ............................................................. 100

xviii

DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN

.NC : Numerical Control

3D : Tiga Dimensi

A : Ampere

C : Connector

CNC : Computer Numerical Control

DC : Direct Current

DVD : Digital Video Disc

G-Code : Kode G

HB : Hybrid

IC : Integrated Circuit

LCD : Liquid Crystal Display

NC : Normali Close

NO : Normali Open

PC : Personal Computer

PCB : Printed Circuit Board

PM : Permanent Magnet

PPS : Pulsa Per Second

RPM : Revolusi Per Menit

RPS : Revolusi Per Second

RSD : Relatif Standard Deviasi

SD : Standar Deviasi

SDM : Sumber Daya Manusia

USB : Universal Serial Bus

VR : Variable Reluctance

pengembangan mesin cnc router 3-axiseprints.umk.ac.id/10773/1/hal. judul.pdf · 2019. 7. 24. · ii...

Documents