BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pada bab ini akan memaparkan secara jelas tentang pengujian yang telah dilakukan terhadap spindel utama yang ada pada mesin Aciera F5 serta menganalisa hasil dari percobaan tersebut. Untuk menjadikan seluruh sistem mesin dapat bekerja seperti bagaimana mestinya, diperlukan commissioning antara sistem hardware mesin dengan personal komputer. Sistem hardware mesin meliputi sistem sumbu, sistem spindel, sistem pelumasan, sistem hidrolik untuk clamping tool, sistem kendali dan juga sensor (hardware limit switch). Pengujian akan dilakukan mulai dari menghidupkan sistem spindel dengan perintah yang ada di kontroller Mach3 1.1 Pengujian Pengujian dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui apakah spindle yang terpasang pada mesin dapat berfungsi dengan baik. Ada dua aspek yang penyusun uji yaitu aspek elektrik dan aspek mekanik. 1.1.1 Program G codes Program yang kami lakukan menggunakan bahasa pemrograman fanuc type Oi Mate. Adapun program yang dipakai saat proses pengujian meliputi antara lain : G97 - constant spindle speed (min-1) yaitu bahwa kecepatan spindle konstan dan perubahan feeding atau kecepatan potong konstan S yaitu besarnya kecepatan pada spindle yang akan diperintahkan Contoh : S1000, maksudnya yaitu perintah memutar spindle sebesar 1000 Rpm. M 3 yaitu memerintahkan spindle berputar searah jarum jam M4 yaitu memrintahkan spindle berputar berlawanan arah jarum jam. M5 yaitu perintah mematikan spindle
Gambar 4.1 Perintah spindle searah atau berlawanan arah jarum jam spindle: Berikut struktur program dalam software mach3 terutama untuk perintah Gambar 4.2 struktur program 1.1.2 Pengujian Elektrik Pengujian elektrik pada mesin milling CNC ini meliputi pengujian output tegangan dan frekuensi dari inverter yang akan masuk ke breakout board untuk memberikan sinyal kepada Motor induksi 3 phase. Pengujian tersebut dimaksudkan untuk memastikan bahwa komputer telah mengeluarkan sinyal output sesuai dengan yang diperintahkan oleh software Mach3. Sebelum mengetahui hasil uji yang dapatkan, berikut konfigurasi pin parallel port melalui software Mach3.
Nomor Pin Konfigurasi Pin 1 - Pin 2 Pin 3 Pin 4 Pin 5 Pin 6 Pin 7 Pin 8 Pin 9 Pin 10 Pin 11 Pin 12 Pin 13 Sign Spindel Pulse Spindel Sign Z Pulse Z Sign Y Pulse Y Sign X Pulse X Home Z Home X Home Y Emergency Pin 14 - Pin 15 Limit switch Pin 16 - Pin 17 - Pin 18-25 Ground Tabel 4.1 Konfigurasi Pin Parallel Port yang Digunakan 1.1.2.1 Pengujian Tegangan Pengujian tengangan yang keluar dari komputer dimaksudkan untuk memastikan bahwa tegangan untuk memberikan sinyal ke breakout board sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan. Pengujian dilakukan pada pin parallel port
nomor yang mengeluarkan signal dimana signal tersebut akan memberikan perintah pada inverter untuk memutar motor clockwise atau counter clockwise Nomor Pin Arah Gerakan Output Tegangan (V) Pin 2 Pin 4 Pin 6 Pin8 Positif 0,1 Negatif 4,40 Positif 0,1 Negatif 4,40 Positif 0,1 Negatif 4,39 Positif 0,1 Negatif 4,40 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Output Tegangan Parallel Port 1.1.2.2 Pengujian Frekuensi Pengujian frekuensi dimaksudkan untuk memastikan besarnya nilai frekuensi yang keluar untuk mengatur kecepatan putaran motor. 1. Pengujian Frekuensi Motor Spindel Pengujian output frekuensi yang dikeluarkan oleh komputer diatur oleh software Mach3 dengan merubah nilai jog speed menjadi frekuensi tertentu yang akan dimasukkan ke inverter untuk memutar motor spindel. Jog Frekuensi Spindel Jog Frekuensi Spindel speed (Hz) speed (Hz) (mm/m in) Inverter (mm/m in) Inverter 100 3.0 600 20.2 200 6.5 700 23.7
300 10.0 800 27.3 400 13.6 900 30.8 500 17.2 1000 34.4 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Output Frekuensi untuk Motor Spindel Berdasarkan hasil pengujian, kecepatan putaran motor spindel akan semakin meningkat seiiring dengan kenaikan frekuensi yang dikeluarkan oleh komputer yang mana akan diproses sedemikian rupa oleh inverter. 1.1.3 Pengujian Mekanik Pengujian mekanik ini dimaksudkan untuk menguji apakah sistem dapat bekerja dengan keakurasian dan repeatabilitas yang baik atau tidak. Dalam pengujian ini komponen yang akan diuji meliputi komponen pada sistem spindel, sistem pencekaman alat potong, sistem pelumasan, dan sistem sumbu. Pengujian untuk spindle kita menggunakan alat yang disebut Rpm Meter dengan ketelitian 1Rpm. Kita menggunakan metode kontak langsung dengan media yang diukur baik untuk soindle horizontal maupun vertical. Gambar 4.3 RPM meter 1.1.3.1 Sistem Spindel Pada sistem spindel telah dilakukan percobaan untuk menghidupkan motor iinduksi dengan menghubungkan tegangan ke motor induksi 3 fasa. Motor dirangkai secara star untuk mendapatkan daya yang besar. Rangkaian star motor
menjadikan daya maksimal yang mampu dihasilkan oleh motor induksi AEG dengan tipe AMBX112MZ yaitu sebesar 4kW. Berikut data hasil pengujian pada mekanik motor spindel setelah dilakukan beberapa parameterisasi pada Mach3 dan inverter sehingga menghasilkan putaran motor yang konstan. Putaran motor diukur dengan tachometer mengingat bahwa rangkaian pada sistem ini menggunakan rangkaian open loop sehingga tidak ada feedback yang masuk ke kontroler. Mach3 Kecepatan Kecepatan Kecepatan Frekuensi Spindel Putaran Putaran Putaran Inverter speed Motor CW CCW (Hz) Induksi Spindel Spindel 100 102 100.1 100.8 3.1 200 205 202 205.3 6.5 300 306 307.4 311.5 10.0 400 409 399.6 418.3 13.6 500 508 512.6 520.1 17.2 600 609 616.6 615.9 20.2 700 704 717.3 727.9 23.7 800 810 819.6 824.7 27.3 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Kecepatan Putar Motor Induksi dan Putaran Horisontal Spindel yang Didapat Mach3 Kecepatan Kecepatan Kecepatan Frekuensi Spindel Putaran Putaran Putaran Inverter speed Motor CW CCW (Hz) Induksi Spindel Spindel 100 102 98.2 96.1 3.3
200 205 194.5 193.3 6.6 500 508 496.2 494.8 16.7 700 704 679.5 683.3 23.4 900 909 903.3 892.2 30.3 1000 1014 977.5 1158 34.6 1200 1215 1194 1194 41.1 1300 1320 1261 1261 44.7 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Kecepatan Putar Motor Induksi dan Putaran Vertical Spindel yang Didapat 1.1.3.2 Sistem Pencekaman Alat Potong Percobaan pada sistem pencekaman alat potong dengan hidrolik yang digunakan untuk pencekaman alat potong tersebut. Percobaan dilakukan secara manual dengan tambahan pengaman overload dan MCB yang dialih fungsikan sebagai saklar. Motor hidrolik yang digunakan untuk memompa oli menggunakan motor induksi 3 fasa. Input tegangan yang masuk ke U V W motor dirangkai secara star. Kabel line R dihubungkan dengan U motor, line S dengan V motor dan line T dengan W motor. Setelah dicoba, tidak ada respon apapun dari output hidrolik. Ternyata U V pada motor terbalik sehingga putaran motor juga terbalik yang mengakibatkan motor hidrolik tidak menghisap oli tetapi menyemburkan oli. Setelah mengetahui permasalahan yang menyebabkan proses clampingunclamping tool tidak berjalan dengan semestinya, pengujian dilakukan kembali untuk kedua kalinya dengan membalik kabel line R dan S. Line R dipasang pada V motor dan line S dipasang pada U motor kemudian mulai mencoba mengaktifkan kembali sistem hidrolik. Putaran motor pada percobaan kedua berputar sesuai arah yang dibutuhkan oleh sistem hidrolik untuk melepas ataupun memasang tool holder. Saat rangkaian total, mencoba kembali sistem pencekaman alat potong. Ada suatu kendala yaitu terjadinya switching dengan kecepatan tinggi pada relay. Itu
disebabkan oleh pemasangan input tegangan 24VDC yang masuk ke koil pada solenoid hidrolik terbalik. Walaupun sudah ada dioda sebagai pengaman rangkaian jika terjadi tegangan yang terbalik (Gambar 73), namun arus yang dilewatkan terlalu besar (10A) dan dioda tidak dapat menahan lagi sehingga terjadi short tegangan dan dioda terbakar. 1.1.3.3 Sistem Pelumasan Sistem pelumasan ini menggunakan pompa oli TM5 Pump Lubricator Bijur D2990 yang memerlukan input tegangan 1 fasa untuk menghidupkan sistem tersebut. Rangkaian kontrol untuk sistem pelumasan ini menggunakan sebuah tombol dimana untuk menghidupkan motor pelumasan hanya perlu menekan tombol tersebut sekali saja. Namun berdasarkan datasheet, cara kerja dari sistem pelumasan Bijur D2990 ini menggunakan timing system. Sistem akan memompa oli keluar menuju bagian mesin yang memerlukan pelumasan setelah seting waktu yang ditentukan telah tercapai. Percobaan yang telah dilakukan hanya menghidupkan motor pompa dalam waktu singkat, dan percobaan tidak memberikan hasil bahwa oli telah dipompa keluar. Percobaan dilakukan kembali dengan waktu yang lebih lama, sesuai dengan seting waktu yang ada pada datasheet yaitu dengan durasi 27 menit. Waktu keluar oli tersebut dikarenakan oleh adjusting screw yang mengatur banyaknya volume yang hendak dikeluarkan (2,5 hingga 5 cm 3 ). Pengujian Pengujian I Pengujian II Pengujian III Waktu oli dipompa 20 menit 15 menit 30 menit Tabel 4.6 Hasil Pengujian Pompa Oli
1.1 Analisa 1.1.1 Analisa Pengujian Elektrik Dari hasil pengujian elektrik mesin, menganalisa bahwa : a. Pengujian output tegangan pada inverter menunjukkan bahwa sinyal direction yang digunakan sebagai input pada sumbu dan spindel akan bernilai 4 volt saat arah gerakan negatif dan akan bernilai nol saat arah gerakan positif. b. Pada pengujian frekuensi motor spindel, diketahui bahwa semakin tinggi putaran motor, frekuensi yang digunakan akan semakin tinggi pula.. c. Kestabilan motor induksi bagus dan tidak panas untuk motor induksinya. Kecepatan Rpm motor sesuai dengan perintah G dan M codes pada mach3 softwarenya.
1.1.2 Analisa Pengujian Mekanik Dari hasil pengujian mekanik sistem penggerak mesin, menganalisa bahwa : a. Pengujian Sistem Spindel Kecepatan putar spindel mesin mendekati kecepatan putar motor induksi. Semakin tinggi kecepatan putar spindel yang di perintahkan oleh Mach3 akan semakin tinggi pula frekuensi pada inverter yang mana akan memutar motor induksi. Berdasarkan analisa dari pengujian sistem spindel, putaran motor spindel saat searah jarum jam (M3) lebih cepat dibandingkan dengan putaran motor saat berlawanan arah jarum jam (M4). Hal tersebut dikarenakan sistem mekanik spindel lebih sering diputar searah jarum jam sehingga pada saat motor diputar berlawanan arah jarum jam akan lebih berat untuk memutar bagian mekanik spindel. Sistem spindel ini hanya menghasilkan kecepatan putar maksimal sebesar 1450 rpm. Berdasarkan data yang ada pada nameplate motor, putaran maksimal yang dapat dicapai pada rangkaian star yaitu sebesar 2840 rpm. Hal tersebut disebabkan karena faktor usia motor yang digunakan dan faktor cos φ yang terdapat pada motor. Test spindel telah dilakukan dengan cara menghidupkan motor selama 12 jam untuk menguji ketahanan spindel mesin. Hasil yang diperoleh adalah bagian head mesin mengalami kenaikan suhu menjadi ± 45 C. Kenaikan suhu diakibatkan oleh gesekan antara roda gigi dalam sistem mekanik pada spindel mesin. 1.1.3 Analisa Pengujian Pengerjaan Material Berdasarkan hasil uji pengerjaan material, menganalisa bahwa : 1. Jenis material paling keras yang dapat dikerjakan menggunakan mesin Aciera F5 ini yaitu material MS ( mid steel )
Jenis Material Kayu Acrylic Alumunium MS Kecepatan Rpm Maksimal 1400 Rpm 1400 Rpm 1400 Rpm 1000 Rpm Tabel 4.7 Jenis Material yang Dapat Dikerjakan oleh Mesin CNC Aciera F5 Kemampuan pergerakan sistem mekanik yang mengalami factor usia membuat kurang stabil dan backlash pada spindle yang berbeda-beda menjadi salah satu penyebab hasil pengerjaan kurang sesuai dengan yang diharapkan. Untuk memperbaiki kesalahan tersebut, dilakukan commissioning ulang tentang besarnya backlash dan input pulsa per step pada software Mach3. Dengan adanya analisa biaya perbaikan mesin Aciera F5 ini, dapat disimpulkan bahwa biaya yang dibutuhkan untuk memperbaiki mesin lama lebih murah jika dibandingkan dengan pengadaan mesin baru. Harga mesin CNC baru berkisar antara 300 juta sampai 500 juta, sedangkan biaya perbaikan mesin dengan pengendali berbasis personal komputer ini hanya berkisar 150 juta
12