i

Sistem Spindle Utama Mesin CNC

dengan PC Base Mach 3

Oleh:

Rudi Kristianto

NIM: 612012805

Tugas Akhir

Untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh

Ijasah Sarjana Teknik Elektro

FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER

UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA

SALATIGA

iii

INTISARI

Mesin CNC Aciera F5 adalah mesin CNC milling, mesin ini mengalami

kerusakan pada sistem kendali dan penggeraknya. Sistem penggerak yang mengalami

kerusakan meliputi sistem penggerak sumbu dan sistem spindel. Mekanik unit mesin ini

masih memenuhi syarat untuk digunakan sehingga mesin ini sangat memungkinkan

untuk diperbaiki. Sistem kendali yang digunakan untuk memperbaiki mesin ini yaitu

sistem kendali dengan berbasis komputer personal menggunakan software Mach3.

Sistem kendali berbasis komputer personal ini mempunyai kelebihan mudah ditemukan

dipasaran dengan harga yang terjangkau. Software Mach3 memiliki kelebihan yaitu

program G-Code dapat dibuat berdasarkan gambar desain yang dimasukkan ke software

Mach3 yang selanjutnya diubah menjadi program G-Code. Komunikasi yang terjadi

antara personal komputer dengan sistem penggerak sumbu dan spindel menggunakan

parallel port yang dipisahkan oleh rangkaian breakout board sebagai pengamannya.

Sistem penggerak yang meliputi motor spindel, inverter, motor penggerak sumbu dan

driver merupakan komponen yang diganti dengan komponen baru. Motor spindel

diganti dengan motor induksi yang mempunyai putaran motor dan daya motor yang

lebih rendah dari motor induksi yang digunakan terdahulu. Software Mach3 akan

mengeluarkan signal perintah yang kemudian masuk ke breakout board untuk diolah

menjadi signal keluaran pulsa dan signal masukan ke inverter untuk mengatur putaran

motor. Motor akan berputar sesuai dengan program yang dijalankan software Mach3,

sehingga mesin CNC akan membuat profil benda kerja sesuai dengan gambar kerja.

iv

ABSTRACT

Aciera F5 is a CNC milling machine, this machine suffered damage on the

control and actuator systems. The actuator system’s damages include axis actuator and

spindle systems. The mechanical parts on this machine still qualified to be used, so this

machine has high possibility to be repaired. Control system that is used to repair this

machine is a personal computer-based control system using Mach3 software. This

personal computer-based control system is easily found in the market with reasonable

price. The advantage using Mach3 software is it can convert picture with specific

format to be G-code command. Communication from computer to actuator drivers is

using parallel port and breakout board as a safety circuit. The replaced actuator system

includes spindle motor, inverter, axis actuators, and axis actuator drivers. The spindle

motor is using induction motor that have lower motor rotation and motor power than

the previous motor. Stepper motors are used to replace the DC servo motor as the axis

actuators in order to make it more easily synchronized with Mach3 software. Mach3

software transmits command signals which are then transferred into the breakout board

to be processed to be input signals for inverter and actuator drivers to .control the

motor rotation. Motors will work according to the programs that executed by Mach3

software, so the CNC machine will make the workpiece accordance with the drawings.

v

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan bimbingan-Nya

sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini sebagai syarat kelulusan dari Fakultas Teknik

Elektronika dan Komputer, Program Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Satya

Wacana.

Semua usaha yang lakukan tentu tidak akan berarti tanpa bantuan, dorongan,

serta bimbingan dari berbagai pihak. dalam kesempatan ini ingin mengucapkan

terimakasih sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak dan Ibu yang telah memberikan dukungan moril dan motivasi

serta kasih saying kepada kami .

2. Anak dan Istri tercinta yang telah memberikan dorongan serta motivasi

tanpa henti kepada kami .

3. Bapak Dr. Iwan Setiawan, M.T, selaku Dekan Fakultas Teknik

Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana yang telah

memberikan kesempatan kepada untuk menyelesaikan skripsi.

4. Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng., selaku pembimbing I yang telah

bersedia memberikan pengarahan dan bimbingan selama melaksanakan tugas akhir.

5. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M. T. selaku pembimbing II yang telah

bersedia memberikan pengarahan dan bimbingan selama melaksanakan tugas akhir.

6. Romo T. Agus Sriyono SJ, M.A, M.Hum. yang telah memberikan

bantuan berupa dana selama belajar di Universitas Kristen Satya Wacana

7. Bapak Y.V. Yudha Samodra HM, ST.,M.Eng. yang telah memberikan

kesempatan kepada untuk belajar di Universitas Kristen Satya Wacana

8. Rekan-rekan instruktur Program Studi Teknik Mekatronika Politeknik

ATMI Surakarta yang telah memberikan dorongan kepada kami.

vi

Banyak pihak yang mungkin tidak disebutkan disini karena keterbatasan ruang,

untuk itu mohon maaf sebesar-besarnya.

Akhir kata, menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam skripsi ini, oleh

sebab itu kritik dan saran yang membangun dari pembaca sangat diharapkan. Semoga

an skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Salatiga, 22 September 2015

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ............................................................................................... I

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. II

INTISARI ............................................................................................................ III

ABSTRACT ......................................................................................................... IV

KATA PENGANTAR .......................................................................................... V

DAFTAR ISI ...................................................................................................... VII

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... IX

DAFTAR TABEL ................................................................................................ XI

BAB I ..................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

PENDAHULUAN ................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

LATAR BELAKANG .......................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

1.1 RUMUSAN MASALAH ........................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

1.2 BATASAN MASALAH ............................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

1.3 TUJUAN ................................................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

1.4 METODE PENGERJAAN ......................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

BAB II .................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

DASAR TEORI .................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

2.1 RUMUS PERHITUNGAN POWER MESIN DAN POWER MOTOR ............. ERROR!

BOOKMARK NOT DEFINED.

2.2 BREAKOUT BOARD ................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

2.3 MOTOR INDUKSI 3 FASA ...................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

2.4 INVERTER .............................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

2.5 SOFTWARE MACH3 ................................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

2.6 KOMPONEN ARUS KUAT ...................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

2.7 FUSE .................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

viii

2.8 POWER SUPPLY UNIT ............................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

BAB III .................................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

PERANCANGAN SISTEM................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

3.1 SISTEM SECARA KESELURUHAN .......... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

3.2 SISTEM HARDWARE .............................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

3.3 SISTEM SOFTWARE MACH3 ................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

BAB IV .................................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

PENGUJIAN DAN ANALISIS ........... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

4.1 PENGUJIAN ........................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

4.1 ANALISA .............................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

BAB V .................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

PENUTUP ............................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

5.1 KENDALA DAN PENYELESAIAN ............ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

5.2 KEMUNGKINAN PENGEMBANGAN ........ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

5.3 KESIMPULAN ....................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

5.4 KEUNGGULAN DAN KELEMAHAN ......... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

DAFTAR PUSTAKA ........................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

LAMPIRAN .......................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

ix

DAFTAR GAMBAR

GAMBAR 1.1 MESIN F5 , ACIERA ................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

GAMBAR 1.2 BAGIAN MAIN SPINDLE ........................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

GAMBAR 2.1 BREAKOUT BOARD MESIN ACIERA F5 ........................................................... 18

GAMBAR 2.2 MOTOR INDUKSI ........................................................................................... 18

GAMBAR 2.3 INVERTER TOSHIBA ...................................................................................... 19

GAMBAR 2.4 TAMPILAN MACH 3 ....................................................................................... 20

GAMBAR 2.5 CARA PEMBACAAN G-CODE ......................................................................... 21

GAMBAR 2.6 ELCB 25A ..................................................................................................... 25

GAMBAR 2.7 MCB ............................................................................................................. 26

GAMBAR 2.8 S-N11 KONTAKTOR ...................................................................................... 26

GAMBAR 2.9 THERMAL OVERLOAD RELAY ....................................................................... 27

GAMBAR 2.10 RELAY 24V ................................................................................................ 28

GAMBAR 2.11 FUSE DILENGKAPI DENGAN HOLDER FUSE .................................................. 30

GAMBAR 2.12 POWER SUPPLY 24V ................................................................................... 31

GAMBAR 2.13 FLOW CHART SISTEM MESIN ACIERA F5 ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

GAMBAR 3.1 MOTOR INDUKSI 3 FASA ............................................................................... 34

GAMBAR 3.2 INVERTER VF-S15 – 4037PL-W ..................................................................... 35

GAMBAR 3.3 RANGKAIAN OPTOCOUPLER UNTUK INVERTER ............................................. 36

GAMBAR 3.4 BREAKOUT BOARD ....................................................................................... 38

GAMBAR 3.5 TAMPILAN INTERFACE MACH3 ..................................................................... 39

GAMBAR 3.6 FILE INSTALLER MACH3 ............................................................................... 39

GAMBAR 3.7 TAMPILAN AWAL INSTALLER MACH 3 ........................................................... 40

GAMBAR 3.8 LICENCE AGREEMENT .................................................................................. 40

GAMBAR 3.9 LETAK FOLDER PENYIMPANAN HASIL INSTALASI ......................................... 41

GAMBAR 3.10 FITUR-FITUR MACH3 YANG DIINSTAL ......................................................... 41

GAMBAR 3.1PROFIL MACH3 YANG DAPAT DIPILIH ............................................................ 42

GAMBAR 3.11 TAMPILAN KONFIRMASI INSTALASI MACH 3 ................................................ 42

GAMBAR 3.12 INSTALASI DRIVER PARALLEL PORT ........................................................... 43

GAMBAR 3.13 PEMBERITAHUAN INSTALASI TELAH SELESAI ............................................. 43

x

GAMBAR 3.14 LOAD SCREEN MACH3 ................................................................................ 44

GAMBAR 3.15 FILE SCREEN THEME ................................................................................... 44

GAMBAR 3.16 BUKA FILE SCREEN ..................................................................................... 45

GAMBAR 3.17 HASIL DARI LOAD SCREEN .......................................................................... 45

GAMBAR 3.18 KONFIGURASI PORTS DAN PINS ................................................................... 46

GAMBAR 3.19 TAB KONFIGURASI MOTOR OUTPUT ............................................................ 47

GAMBAR 3.20 KONFIGURASI STEP DAN PIN MOTOR OUTPUT ............................................. 47

GAMBAR 3.21 KONFIGURASI INPUT SIGNALS .................................................................... 47

GAMBAR 3.22 KONFIGURASI SPINDEL SETUP .................................................................... 48

GAMBAR 3.23 SETTING RASIO PULLEY.............................................................................. 48

GAMBAR 3.24 KONFIRMASI PERUBAHAN SETTING ............................................................ 49

GAMBAR 4.1 PERINTAH SPINDLE SEARAH ATAU BERLAWANAN ARAH JARUM JAM ............ 51

GAMBAR 4.2 STRUKTUR PROGRAM .................................................................................. 51

GAMBAR 4.3 RPM METER .................................................................................................. 54

xi

DAFTAR TABEL

TABEL 1.1 KEADAAN MESIN YANG DIPERBAIKI ....... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

TABEL 1.2 SPESIFIKASI KOMPUTER ........................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

TABEL 2.1 PENJELASAN G-CODE ............................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

TABEL 3.1 SPESIFIKASI INVERTER VF-S15 – 4037PL-W ........... ERROR! BOOKMARK NOT

DEFINED.

TABEL 3.2 PARAMETER SETTING INVERTER .................................................................... 37

TABEL 4.1 KONFIGURASI PIN PARALLEL PORT YANG DIGUNAKAN ................................. 52

TABEL 4.2 HASIL PENGUJIAN OUTPUT TEGANGAN PARALLEL PORT ............................... 53

TABEL 4.3 HASIL PENGUJIAN OUTPUT FREKUENSI UNTUK MOTOR SPINDEL ................... 53

TABEL 4.4 HASIL PENGUJIAN KECEPATAN PUTAR MOTOR INDUKSI DAN PUTARAN

HORISONTAL SPINDEL YANG DIDAPAT ..................................................................... 55

TABEL 4.5 HASIL PENGUJIAN KECEPATAN PUTAR MOTOR INDUKSI DAN PUTARAN

VERTICAL SPINDEL YANG DIDAPAT ......................................................................... 55

TABEL 4.6 HASIL PENGUJIAN POMPA OLI ........................................................................ 57

TABEL 4.7 JENIS MATERIAL YANG DAPAT DIKERJAKAN OLEH MESIN CNC ACIERA F5 . 60

1