BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Mesin CNC Model Mesin CNC 2 Axis dengan Hot Wire Cutting Tool adalah mesin pemotong styrofoam dan plastik yang bekerja secara otomatis. Mesin ini terdiri dari tiga bagian utama yaitu processor, rangka mesin dan sistem penggerak. Sistem penggerak terdiri dari horizontal pillar unit dan vertical pillar unit dimana masing masing penggerak tersebut digerakan oleh motor stepper yang dikontrol dengan driver. Pada dasarnya mesin ini bisa juga disebut mesin CNC karena memiliki prinsip kerja yang sama. Prinsip kerja NC/CNC secara sederhana dapat diuraikan sebagai berikut : 1. Programer membuat program CNC sesuai produk yang akan dibuat dengan cara pengetikan langsung pada mesin CNC maupun dibuat pada komputer dengan software pemrogaman CNC. 2. Program CNC tersebut, lebih dikenal sebagai G-CODE, seterusnya dikirim dan dieksekusi oleh prosesor pada mesin CNC menghasilkan pengaturan motor stepper pada mesin untuk menggerakan perkakas yang bergerak melakukan proses pemesinan hingga menghasilkan produk sesuai program. 7

8 Sedangkan prinsip kerja Model Mesin CNC 2 Axis dengan Hot Wire Cutting Tool yaitu: Membuat gambar CAD kemudian disimpan kedalam format step atau format *.dxf.kemudian gambar tersebut dibuka kedalam software CAM, tentukan tool setting dan tool pathnya, simulasikan bila diperlukan. 1. Membuat gambar design pada software solidwork kemudian disimpan kedalam format step atau format *.dxf. 2. Kemudian gambar tersebut dibuka kedalam software CAM, tentukan tool setting dan tool pathnya, simulasikan bila diperlukan. 3. Setelah simulasi sudah dianggap benar, convert hasilnya ke dalam program G CODE, kemudian disimpan. 4. Buka file program G CODE dengan software MACH3, tentukan port port yang digunakan sebagai driver kemudian atur start pointnya. 5. File siap untuk dieksekusi. Beberapa jenis model mesin CNC 2 Axis yang sudah banyak digunakan dikehidupan kita dan tersedia dipasaran. Tabel 2.1 Mesin CNC 2 Axis yang banyak digunakan No Tipe Deskripsi 1 Model mesin CNC 2 Axis cutter cutting tool (Error! Reference source not found.2.1) Model mesin ini sama halnya seperti model mesin cnc yang lain sama sama punya prinsip kerja yang meneruskan data dan harga terhitung dan mengubahnya dalam bentuk perintah-perintah. Model mesin ini biasanya digunakan untuk skala industri menengah ke atas, mesin ini juga biasa digunakan untuk praktek sekolah sebagai dasar pembelajaran belajar mesin cnc.

9 2 Model mesin CNC 2 Axis hot wire cutting tool ( Mesin tipe ini cocok digunakan untuk proses pemotongan sperti styrofoam, plastik, thormoplast karena mesin dengan menggunaknan kawat pemanas sebagai pemotong tersebut bisa membuat benda kerja terbentuk sesuai gambar yang tentunya 2 dimensi. Gambar ) Gambar 2.1 Mesin cnc 2 axis Gambar 2.2 Mesin cnc 2 axis cutter cutting tool

10 2.2 Plastik Plastik adalah suatu polimer yang mempunyai sifat-sifat unik dan luar biasa. Polimer adalah suatu bahan yang terdiri dari unit molekul yang disebut monomer. Jika monomernya sejenis disebut homopolimer, dan jika monomernya berbeda akan menghasilkan kopolimer. Polimer alam yang telah kita kenal antara lain : selulosa, protein, karet alam dan sejenisnya. Pada mulanya manusia menggunakan polimer alam hanya untuk membuat perkakas dan senjata, tetapi keadaan ini hanya bertahan hingga akhir abad-19 dan selanjutnya manusia mulai memodifikasi polimer menjadi plastik. Plastik yang pertama kali dibuat secara komersial adalah nitroselulosa. Material plastik telah berkembang pesat dan sekarang mempunyai peranan yang sangat penting dibidang elektronika, pertanian, tekstil, transportasi, furniture, konstruksi, kemasan kosmetik, mainan anak anak dan produk produk industri lainnya. Secara garis besar, plastik dapat dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu: plastik thermoplast dan plastik thermoset. Plastik thermoplast adalah plastik yang dapat dicetak berulang-ulang dengan adanya panas. Yang termasuk plastik thermoplast antara lain : PE, PP, PS, ABS, SAN, nylon, PET, BPT, Polyacetal (POM), PC dll. Sedangkan palstik thermoset adalah plastik yang apabila telah mengalami kondisi tertentu tidak dapat dicetak kembali karena bangun polimernya berbentuk jaringan tiga dimensi. Yang termasuk plastic thermoset adalah : PU (Poly Urethene), UF (Urea Formaldehyde), MF (Melamine Formaldehyde), polyester, epoksi dll.

11 Tabel 2.2 Temperatur Leleh Proses Termoplastik Berdasarkan teori tersebut maka Model Mesin CNC 2 Axis dengan Hot Wire Cutting Tool dirancang untuk dapat memotong plastik thermoplast dengan temperatur leleh meksimum 250 ( 0 C). 2.3 Perhitungan poros Model Mesin CNC 2 Axis dengan Hot Wire Cutting Tool memiliki sistem penggerak yang terdiri dari horizontal pillar unit dan vertikal pillar unit. Horizontal pillar unit terdiri dari dua pasang guide rod sebagai guide dan tumpuan vertical pillar unit dalam bergerak secara linear dan bersamaan searah sumbu x. Horizontal guide rod memiliki beban tertentu sehingga perlu adanya perhitungan poros untuk mengetahui dimensi dan bahan yang aman digunakan dalam rancangan Model Mesin CNC 2 Axis dengan Hot Wire Cutting Tool.

12 Diameter horizontal guide rod sudah ditentukan sehingga perhitungan poros diperlukan untuk menghitung tegangan bengkok ijin dan menentukan bahan yang aman digunakan sebagai horizontal guide rod dengan menggunakan rumus : Perhitungan kekuatan poros 1. Momen Bengkok ( Mb ) Mb = F. l ( 2.7 ) Keterangan : Mb = Momen bengkok ( Nmm ) F = Gaya yang bekerja ( N ) l = Panjang ( mm ) besarnya F dan l sudah diketahui sehingga besarnya momen bengkok (Mb) dapat dihitung besarnya. 2. Momen Inersia ( I ) I = ( 2.8 ) (Khurmi R.S And Gupta, 2005) Keterangan : I = Momen Inersia ( mm 4 ) d = Diameter poros ( mm ) Diameter poros diketahui sehingga momen inersia ( I ) dapat dihitung besarnya. 3. Tegangan Bengkok Ijin ( ) =. ( 2.9 ) (Khurmi R.S And Gupta, 2005) Keterangan : d = Diameter poros ( mm ) Mb = Momen Bengkok ( Nmm )

13 I = Momen Inersia ( mm 4 ) Diameter poros, momen bengkok dan momen inersia diketahui sehingga tegangan ijin dapat dihitung besarnya. Setelah tegangan bengkok ijin diketahui kemudian menghitung tegangan bengkok dengan rumus: =. = factor keamanan untuk beban statis ( diambil 4 ) Bandingkan tegangan bengkok bahan dengan tegangan bengkok hasil perhitungan. Jika tegangan bengkok bahan lebih besar daripada tegangan bengkok yang bekerja maka poros aman untuk digunakan. Keamanan dari vertical guide rod juga perlu diperhitungkan melihat adanya beban vertikal dari motor stepper sehingga menyebabkan adanya gaya buckling. Gaya buckling dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Gaya buckling ( Fcr ) pada poros vertical dengan dukungan jepit bebas =... ( / ) ( 2.10 ) (Allen S. Hall, 1961) Keterangan : Fcr = Gaya buckling ( N ) C = nilai konstanta, untuk satu dukungan jepit bebas C = 0,251 E = Modulus elastisitas ( N / mm 2 ) A = luas penampang ( mm 2 ) L = Panjang poros ( mm ) K = D / 4 ( mm ) untuk penampang lingkaran Gaya yang bekerja ( F ) diketahui sehingga menurut persamaan Euler :

14 = ( 2.11) ( ` ) Keterangan : Fcr = Gaya buckling ( N ) F = Gaya yang bekerja ( N ) V = factor kemanan diambil 4 untuk gaya buckling satu dukungan jepit bebas dengan beban statis ( table 4.3 values of factor of safety Khurmi hal. 102 ) 2.4 Pemilihan baut pengikat Motor stepper merupakan bagian dari sistem penggerak Model Mesin CNC 2 axis dengan Hot Wire Cutting Tool yang dipasang non permanent pada base motor horizontal dan base motor vertical. Pemilihan baut yang tepat sangat diperlukan untuk keamanan penyambungan motor stepper dengan base motor. Baut dan mur merupakan alat pengikat yang penting. Untuk mencegah kerusakan pada mesin, baut dan mur sebagai alat pengikat harus dihitung dengan seksama untuk mendapatkan ukuran yang sesuai. (Sularso, 1985) Perhitungan baut diperlukan untuk mengetahui diameter baut yang aman digunakan untuk pengikat atau sambungan motor stepper dengan base motor dengan menggunakan rumus : Baut menahan beban geser, sehingga Ws = ( 2.12)

15 Beban tarik maksimum pada baut dengan jarak L2 Beban tarik ekivalen Wt2 = Wt =.. ( ) ( 2.13 ) = + + 4. ( 2.14 ) Beban geser ekivalen = + 4. ( 2.15 ) dc dapat dicari : = ( 2.16 ) = ( 2.17 ) Keterangan: Ws = Beban geser pada baut ( N ) Wt = Beban tarik maksimum pada baut ( N ) Wte = Beban tarik ekivalen ( N ) Wse = Beban geser ekivalen ( N ) Dc = Diameter baut yang dicari ( mm ) (Khurmi R.S And Gupta, 2005) 2.5 Perhitungan ulir Model Mesin CNC 2 Axis dengan Hot Wire Cutting Tool memiliki dua horizontal screw dan dua vertical screw. Horizontal dan vertical screw merupakan sistem penggerak yang mengubah gerakan putar menjadi gerakan translasi.

16 Perhitungan ulir diperlukan untuk mengetahui tegangan geser yang terjadi pada poros ulir horizontal dan vertical untuk mendapatkan poros ulir yang aman digunakan dengan menggunakan rumus tegangan pada batang ulir. 2.6 Tegangan pada batang ulir 2.6.1 Beban aksial : Mengakibatkan tegangan tarik dan tegangan tekan ( 2.18 ) Keterangan : t = Tegangan tarik ( N / mm 2 ) W = Beban ( N ) A = Luas penampang ( mm 2 ) 2.6.2 Beban puntir ( 2.19 ) Keterangan :T = Beban puntir ( N ) dc = Diameter poros ulir ( mm ) = Tegangan geser ( N / mm 2 ) 2.6.3 Beban gabungan ( 2.20 ) Keterangan :

17 = tegangan geser maksimum ( N / mm 2 ) t = Tegangan tarik ( N / mm 2 ) = Tegangan geser ( N / mm 2 ) (Khurmi R.S And Gupta, 2005) Membandingkan tegangan geser bahan dengan tegangan geser yang bekerja. Jika tegangan geser bahan lebih besar dengan tegangan geser yang bekerja maka poros ulir aman untuk digunakan. Allen S. Hall, A. R., Holowenko and herman G. Laughlin. (1961). Theory and Problems of Machine Design. United Stade of America: Purdue University. Khurmi R.S And Gupta, J. K. (2005). A Text Book of Machine Design. New delhi-11055: Eurasia Publising House (PVT) Ltd, Ramanger. Sularso, K. S. d. (1985). Dasar Perencanaan dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: Pradyna Paramita.