RANCANG BANGUN SIMULATOR CNC MULTIAXIS DENGAN MOTOR STEPPER AC

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR RANCANG BANGUN SIMULATOR CNC MULTIAXIS DENGAN MOTOR STEPPER AC TENANG DWI WIBOWO Dosen Pembimbing: Ir. Winarto, DEA Program Studi D3 Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2013

2 Latar Belakang Kebutuhan dunia industri berupa alat yang mampu produksi yang efektif dan efisien. Mesin frais CNC salah satu alat yang mampu melakukan banyak gerakan dibanding mesin perkakas yang lain. Sebagai pembelajaran mengenai CNC. Mesin simulasi yang portable

3 Rumusan Masalah Bagaimana merancang dan membangun mekanik simulator CNC multiaxis dengan motor stepper AC sesuai dengan kabin pesawat terbang yaitu 500 x 400 x 230 mm. Bagaimana model dan wiring dari simulator CNC multiaxis dengan motor stepper AC Bagaimana sistem gerak yang bisa dilakukan oleh simulator CNC multiaxis dengan motor stepper.

4 Batasan Masalah Penggunaan motor stepper dengan sudut gerak minimum 1,8 /pulsa Dimensi alat sesuai dengan koper kabin pesawat yaitu 520 x 360 x 230 mm Menggunakan plotter sebagai simulasi dari gerakan Bahan struktur mekanik dari aluminium dengan ketebalan 4 mm Motor tidak menggunkan encoder sebagai feedback Gerakan axis hanya dengan mode JOG yaitu x, y, dan z Gerakan aktuator motor berupa perintah pulse signal input Batasan gerakan sumbu x sejauh 200 mm Batasan gerakan sumbu y sejauh 250 mm Batasan Grakan sumbu z sejauh 70 mm

5 Tujuan Mengetahui rancangan mekanik simulator CNC multiaxis dengan motor stepper sesuai dimensi kabin pesawat. Mengetahui model dan wiring yang tepat untuk simulator CNC multiaxis dengan motor stepper. Mengetahui simulasi gerak sumbu dari simulator

6 Manfaat Tugas akhir ini nantinya akan digunakan sebagai bahan ajar dalam lembaga formal. Sebagai penunjang penelitian berikutnya khususnya dibidang CNC Memberikan gambaran sistem kerja gerakan CNC 3 axis dengan motor stepper.

7 Motor Stepper Motor stepper Motor stepper tipe hibrid Lilitan bipolar diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. P

8 Persyaratan Desain Gerakan dari masing-masing sumbu dapat dikendalikan secara linier sumbu yaitu sumbu +x, -x, +y, -y, +z, -z

9 Diagram Alir Tugas Akhir Mulai Mulai Studi Literatur Definisi Masalah Definisi masalah elektrik Bagian Mekanik/ Elektrik mekanik Konsep dan Desain Mekanik dan Elektrik Desain Aktuator Desain Part Pembuatan Alat Desain Program Desain Assembly Pengujian Simulasi Analisa dan Hasil Gambar 2D Selesai Selesai

10 Blok diagram komponen Travo 2A Listrik PLN

11 Komponen Elektronik Power Supply dengan input tegangan 220V arus AC dari listrik PLN mampu mensupply daya output yaitu 12V DC dengan arus 2A Mikrokontroller Atmega16 sebagai chip penyimpan program Resistor 4k7 sebagai pull up reset Kapasitor 100µf Kapasitor 470µf Kapasitor 22pf Osilator eksternal

12 Komponen Elektronik (lanjutan) power input type 12V~36VDC - AC power input 23V~24V - Arus 0,3A 2.0A - Microstepping 1,8 o /pulsa - Dimensi 96mm x 60mm x 24,5mm - berat <200g - Temperatur kerja o C - - Gerakan sudut 1,8 o /pulsa - Arus 1A per phase - 2 phase, tegangan 2,7 VDC, - Resistance 2,7 ohm/phase, - Inductance 4,3 mh/phase - Torsi 1400 gcm

13 Komponen elektronik (lanjutan) Tegangan input primer: 110V / 220V / AC 50Hz. Tegangan output sekunder: 6V / 9V / 12V / 15V/ 18V / 20V. Arus output sekunder: maksimal 2 A

14 Permodelan Struktur Mekanik Menggunakan Software CAD 1. Poros luncur sumbu x 2. Ulir penggerak sumbu x 3. Pemegang ploter atau spindle 4. Poros luncur sumbu z 5. Ulir penggerak sumbu z 6. Flang motor sumbu z 7. Back simulator 8. Poros luncur sumbu y 9. Ulir penggerak sumbu y 10. Flang motor sumbu x 11. Flang motor sumbu y 12. Rumah elektrik/ control 13. Penopang sumbu y 14. Bush luncur sumbu x 15. Meja simulator

15 Pembuatan Simulator CNC Multiaxis Ulir penggerak Flang motor stepper Poros pengarah

16 Pembuatan Simulator CNC (lanjutan) Mekanik sumbu Z Mekanik Setelah di assembly Komponen mekanik siap assembly

17 Struktur mekanik Simulator CNC Proses perakitan komponen mekanik stelah di cat Hasil akhir perakitan

18 Analisa Perhitungan Perencanaan Ulir penggerak Sumbu X Pemilihan diameter luar ulir penggerak Torsi yang dibutuhkan untuk menggerakkan ulir penggerak Perhitungan tegangan bending Perhitungan tegangan geser Perhitungan tegangan tarik pada daerah kaki ulir

19 Analisa Perhitungan (lanjutan) Perencanaan Ulir penggerak Sumbu Y Pemilihan diameter luar ulir penggerak Torsi yang dibutuhkan untuk menggerakan ulir penggerak Perhitungan tegangan bending Perhitungan tegangan geser Perhitungan tegangan tarik pada daerah kaki ulir

20 Analisa Perhitungan (lanjutan) Perencanaan Ulir penggerak Sumbu Z Pemilihan diameter luar ulir penggerak Torsi yang dibutuhkan untuk menggerakan ulir penggerak Perhitungan tegangan bending Perhitungan tegangan geser Perhitungan tegangan tarik pada daerah kaki ulir

21 Analisa Perhitungan (lanjutan) Perencanaan Motor Stepper masing-masing sumbu x, y,dan z Perencanaan Torsi yang dibutuhkan Motor z Perencanaan Daya yang dibutuhkan Motor y Motor x

22 Wiring diagram Rangakaian Elektrik

23 Rangakaian Elektrik (lanjutan) Rangkaian Antar Hardware Elektrik

24 Microstepping (kiri) pemilihan jumlah langkah/putaran microstepping yaitu 200 pulsa/putaran (tengah) pemilihan arus yang digunakan yaitu 1 A (kanan) pemilihan full step

25 Pemrograman AVR Atmega16

26 Data Pendukung Eksperimen dan Analisa Data Aktual Mekanik Simulator CNC No Koefisien Nilai Satuan 1 Massa total 8 kg 2 Sumbu x 270 mm 3 Sumbu y 280 mm 4 Sumbu z 70 mm Data motor stepper No Koefisien Nilai Satuan 1 Detent Torsi 0,06 N.M 2 Hold Torsi 0,14 N.m 3 Langkah 1,8 o /pulsa

27 Data Pendukung (lanjutan) Data motor driver No Koefisien Nilai Satuan 1 Microstepping 1,8 o /pulsa 2 Arus 1 Ampere (A) Data Kecepatan Motor Stepper No Koefisien Nilai Satuan 1 Kecepatan maksimum 2 Kecepatan minimum 285,9 Rpm 14,5 Rpm

28 Pengujian Pemberian Pulsa Diketahui 200 pulsa menghasilkan ¾ putaran maka dapat diketahui panjang langkah jika pengujian dilakukan dengan masukan pulsa yang berbeda. Dengan pitch ulir penggerak 1,75 mm. Pemberian 500 pulsa Sehingga didapat panjang aktual gerak sumbu yaitu: Jadi, dari pemberian 500 pulsa menghasilkan panjang langkah sejauh 3,28 mm.

29 Sistem Gerak Sumbu X Data Pengujian Gerak Sumbu x+ No Pengujian Waktu (detik) 1 Pengujian 1 11,85 2 Pengujian 2 12,11 3 Pengujian 3 12,42 Waktu rata-rata 12,12 Data Pengujian Gerak Sumbu x- No Pengujian Waktu (detik) 1 Pengujian 1 12,02 2 Pengujian 2 12,04 3 Pengujian 3 13,73 Waktu rata-rata 12,59

30 Analisa Pengujian Sumbu X Pengujian kecepatan gerak sumbu Kecepatan gerak seharusnya Putaran dikali pitch Kecepatan gerak saat pengujian jarak tempuh dibagi waktu tempuh rata-rata Selisih kecepetan

31 Analisa Pengujian Sumbu X (lanjutan) Pengujian Gerak Sumbu Membuat Garis Lurus

32 Sistem Gerak Sumbu Y Data Pengujian Gerak Sumbu y+ No Pengujian Waktu (detik) 1 Pengujian 1 12,67 2 Pengujian 2 14,16 3 Pengujian 3 12,20 Waktu rata-rata 13,01 Data Pengujian Gerak Sumbu y- No Pengujian Waktu (detik) 1 Pengujian 1 13,57 2 Pengujian 2 12,34 3 Pengujian 3 12,44 Waktu rata-rata 12,78

33 Analisa Pengujian Sumbu Y Pengujian kecepatan gerak sumbu Kecepatan gerak seharusnya Putaran dikali pitch Kecepatan gerak saat pengujian jarak tempuh dibagi waktu tempuh rata-rata Selisih kecepetan

34 Analisa Pengujian Sumbu Y (lanjutan) Pengujian Gerak Sumbu Membuat Garis Lurus

35 Sistem Gerak Sumbu Z Data Pengujian Gerak Sumbu z+ No Pengujian Waktu (detik) 1 Pengujian 1 4,03 2 Pengujian 2 3,62 3 Pengujian 3 3,26 Waktu rata-rata 3,63 Data Pengujian Gerak Sumbu z- No Pengujian Waktu (detik) 1 Pengujian 1 5,03 2 Pengujian 2 4,23 3 Pengujian 3 3,54 Waktu rata-rata 4,26

36 Analisa Pengujian Sumbu Z Pengujian kecepatan gerak sumbu Kecepatan gerak seharusnya Putaran dikali pitch Kecepatan gerak saat pengujian jarak tempuh dibagi waktu tempuh rata-rata Selisih kecepetan

37 Kesimpulan Simulator Multiaxis CNC terbentuk dengan dimensi 300 mm x 400mm x 280mm (kondisi ready) dan berdimensi 300mm x 400mm x 230mm (kondisi packing). Struktur mekanik terbuat dari bahan alumunium 6061-T6 dengan masa jenis 27 kg/m 3, kekuatan yield 241 Mpa. dan mampu menerima pembebanan maksimal yaitu 4,9 N yaitu pada sumbu x dan memiliki koefisien gesek maksimal 0,61. Daya motor direncanakan 9,6 Watt dengan torsi 0,305 N.m Dalam eksperimen yang dilakukan yaitu dengan Mode JOG, gerak masing-masing sumbu x,y, dan z telah sesuai dengan motion mesin frais CNC.

38 Kesimpulan (lanjutan) Ekperimen sistem gerak sumbu x,y, dan z berturut-turut memiliki waktu tempuh maksimum rata-rata adalah 12,59 detik menempuh jarak 100 mm, 13,01 detik menempuh jarak 100 mm, 4,23 detik menempuh jarak 30 mm. Selisih ketidakakuratan waktu tempuh gerak sumbu x, y dan z masing-masing adalah 0,4 mm/detik, 0,52 mm/detik, dan 1,3 detik. Motor stepper 1,8 o /pulsa, microstepping 1,8 o 1A. Dengan error motor stepper yaitu 200 pulsa ¾ putaran tanpa pembebanan. Video simulator CNC