LAPORAN PROYEK AKHIR DESAIN DAN ANALISIS RANGKA LENGAN CNC SUMBU Z PADA PC BASED CNC MILLING MACHINE

Transkripsi

1 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 I PROGRAM DIPLOMA TIGA TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2015

2

3

4 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 commit itu, penulis to user memohon maaf dan meminta kritik iii

5 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 iv

6 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/mm 2 sedangkan tegangan luluh material sebesar 55,14 N/mm 2, 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/mm 2 and yield stress of the material is 55,14 N/mm 2, so the design is categorized safe. Keyword: PC Based CNC, Design Of Z axis CNC arm, strength structure of Z axis CNC arm. v

7 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 Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Tugas Akhir Manfaat Tugas Akhir BAB II DASAR TEORI 2.1. Mesin CNC CNC Tarus CNC Router CNC Milling Vertikal PC Based CNC Desain Solidwoks Statika Gaya Luar Gaya Dalam Tumpuan Analisa Kekuatan Material Tegangan Normal (Normal Stress) Momen Momen Inersia Rangka Batang Sederhana Metode Perhitungan Struktur Rangka Batang Sederhana Factor of Safety Pemilihan Faktor Keamanan BAB III PERANCANGAN DAN GAMBAR 3.1 Flow Chart Pembuatan PC Based CNC milling 3 axis dengan pengendali software Artsoft Mach3) Perancangan Rangka Lengan Sumbu Z Dimensi Mobil Panjang Gerak vi

8 3.2.3 Dimensi Ruangan Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC sumbu Z Data dan Spesifikasi CNC Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC Sumbu Z Pemilihan Material Rangka Lengan CNC Sumbu Z Perhitungan Kekuatan Rangka Lengan CNC Sumbu Z BAB IV PEMBUATAN DAN PENGUJIAN 4.1 Perencanaan Gambar Proses Desain Simulasi Beban Statis Desain Rangka Lengan Cnc Sumbu Z Desain Rangka Lengan CNC Sumbu Z Proses Simulasi Model Komputasi Simulasi Kasus Faktor Keamanan (Factor Of Safety) Tegangan Von Mises Perubahan Bentuk (Displacement) BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

9 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 Gambar 2.7 Reaksi Tumpuan Rol Gambar 2.8 Reaksi Tumpuan Sendi Gambar 2.9 Reaksi Tumpuan Jepit Gambar 2.10 Komponen-Komponen Tegangan Normal Dan Geser Dari Tegangan Gambar 2.11 Batang Prismatik Yang Dibebani Gaya Aksial Gambar 2.12 Gaya Tarik Aksial Gambar 2.13 Gaya Tekan Aksial Gambar 2.14 Batang Mengalami Tegangan Geser Gambar 2.15 Momen Gambar 2.16 Momen inersia Gambar 2.17 Struktur gaya luar Gambar 3.1 Alur kerja tim dalam pembuatan Pembuatan PC Based CNC milling 3 axis dengan pengendali software Artsoft Mach Gambar 3.2 Dimensi mobil Molina Gambar 3.3 Ball screw Gambar 3.4 Gambar Dimensi Ruangan Gambar 3.5 Desain I Gambar 3.6 Desain Gambar 3.7 Desain Gambar 3.8 Rangka lengan CNC sumbu Z Gambar 3.9 Tumpuan dan beban pada rangka sumbu z Gambar 3.10 Force Body Diagram Gambar 3.11 Pot. X-X Gambar 3.11 Pot. Y-Y Gambar 3.13 Diagram NFD, SFD, dan BMD Gambar 3.14 Penampang rangka Gambar 4.1 Sketsa desain handmade rangka lengan sumbu Z Gambar 4.2 Gambar Sketsa Profil Gambar 4.3 Extrude Sketsa Profil Gambar 4.4 lubang baut Gambar 4.5 Part batang tinggi Gambar 4.6 Part batang lebar Gambar 4.7 Part bracket viii

10 Gambar 4.8 Part nut Gambar 4.9 Baut M Gambar 4.10 Insert Komponen Gambar 4.11 Assembly total Gambar 4.12 Desain I Rangka lengan CNC sumbu Z Gambar 4.13 Diagram alir simulasi Gambar 4.14 Model Komputasi Rangka Gambar 4.15 Factor of Safety Gambar 4.16 Tegangan Von Mises Gambar 4.18 Displacement ix

11 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Rumus Momen Inersia Tabel 2.2 Factor of Safety Tabel 3.1 Dimensi CNC dan Batasan Tabel 3.2 Pemilihan Desain Rangka Lengan CNC sumbu Z Tabel 3.3. Nilai gaya dalam x

12 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Gambar PC Based CNC Lampiran 2. Gambar rangka lengan CNC sumbu Z Lampiran 3. Gambar L bracket Lampiran 4. Gambar Baut dan Nut xi