BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini akan akan menjelaskan mengenai sistem dari mesin Aciera F5 dengan pengendali berbasis komputer personal menggunakan software Mach3 yang digunakan untuk mengendalikan motor induksi sebagai motor spindel. 1.1 Sistem Secara Keseluruhan Mesin CNC Aciera F5 ini menggunakan pengendali CNC milling berbasis komputer personal dengan software Mach3 sebagai pengendali pergerakan motor spindel. Untuk mengoperasikan mesin CNC tersebut, pengguna harus memasukkan kode berupa G-Code yang digunakan untuk mengerjakan bentuk atau kontur dari benda kerja yang diinginkan. G-Code tersebut dimasukkan oleh pengguna melalui GUI dari software Mach3. Masukan tersebut diteruskan ke rangkaian elektronika mesin (breakout board) dengan pengiriman data secara paralel menggunakan kabel USB. Sinyal keluaran dari rangkaian elektronika mesin (breakout board) tersebut memberikan perintah pada inverter untuk mengendalikan arah putaran motor spindel. Adapun inverter yaitu Spindel1, Spindel2 (seperti pada gambar.20). 1
1.2 Sistem Hardware Dalam sistem hardware ini terdiri dari sistem sumbu yang mencakup motor sistem spindel meliputi motor induksi dan inverter, sistem pelumasan, sistem pencekaman alat potong dan rangkaian breakout board. 1.2.1 Sistem Spindel Sistem spindel ini berfungsi untuk memutar alat potong yang digunakan dalam penyayatan benda kerja. Dalam sistem ini, motor yang digunakan harus mempunyai putaran motor yang konstan agar umur pakai motor maupun alat potong lebih lama. Motor yang digunakan yaitu motor induksi 3 fasa, dimana mempunyai beberapa kekurangan, salah satunya yaitu putaran motor menjadi tidak konstan saat terjadi perubahan beban. Pada sistem mesin ini spindel bertugas untuk memutar alat potong, dan beban akan langsung meningkat saat pertama kali melakukan penyayatan benda kerja. Hal ini sangat berbahaya jika putaran motor menjadi tidak stabil yang dapat menyebabkan kerusakan pada mata potong maupun benda kerja karena perubahan putaran spindel namun proses feeding tetap berjalan konstan. Oleh sebab itu dibutuhkan suatu pengendali motor yang biasa disebut inverter. 1.2.1.1 Motor Spindel Motor spindel yang digunakan yaitu motor induksi yang ada di laboratorium PKM. Motor induksi ini digunakan untuk memutar spindel pada mesin dengan bantuan transmisi roda gigi sehingga dapat memutar alat potong untuk menyayat benda kerja. 2
Gambar 3.1 Motor Induksi 3 Fasa Berikut spesifikasi motor induksi yang akan digunakan pada mesin ini: a. Tipe motor AMBX112MZ b. Merupakan motor induksi 3 fase dengan tegangan 380V c. Arus saat dirangkai delta = 5A dan arus saat dirangkai star yaitu 8,9A d. Cos φ saat dirangkai delta = 0,75 dan Cos φ saat dirangkai star 0.9 e. Frekuensi maksimal motor= 50 Hz f. Putaran motor maksimal rangkaian delta = 1450 rpm dan rangkaian star = 2840 rpm g. Daya motor saat dirangkai delta = 2 kw dan saat dirangkai star = 4 kw h. Berat dari motor induksi tersebut 38Kg Sedangkan spesifikasi motor spindel pada mesin Aciera F5 yang terdahulu: a. Tipe motor GNE 100 LV b. Merupakan motor induksi dengan tegangan 390V c. Arus yang dibutuhkan yaitu 28A d. Putaran motor maksimal 4000rpm e. Daya motor sebesar 9,5 kw 3
1.2.1.2 Inverter Inverter merupakan pengendali untuk mengatur frekuensi yang masuk ke motor. Saat motor induksi tidak dapat mempertahankan kecepatannya secara konstan saat terjadi perubahan beban, maka dibutuhkan sebuah pengatur yang biasa disebut inverter. Inverter yang digunakan yaitu inverter TOSHIBA dengan tipe Tosvert VF-S15. Inverter ini merupakan inverter untuk mengendalikan motor 3 fasa dengan input power inverter 3 fasa. Gambar 3.Error! No text of specified style in document..2 Inverter VF-S15 4037PL-W 4
Input Output Tegangan (V) 3PH 380-500 3PH 380-500 Frekuensi (Hz) 50/60 0-500 Arus (A) 13,7 9,3 Tabel 3.1 Spesifikasi Inverter VF-S15 4037PL-W Berdasarkan data spesifikasinya, inverter yang dipilih memenuhi persyaratan minimum yang dibutuhkan untuk mengoperasikan motor induksi yang digunakan untuk memutar spindel tersebut. a. Rangkaian Optocoupler untuk Spindel Rangkaian tambahan optocoupler ini berfungsi sebagai perantara antara komputer dengan inverter. Input signal berupa frekuensi dari komputer akan mengaktifkan basis dari optocoupler. Optocoupler tersebut akan meneruskan tegangan yang masuk dari terminal S2 inverter ke terminal CC inverter sehingga menjadi frekuensi untuk menggerakkan motor induksi. Gambar 3.4 Rangkaian Optocoupler untuk Inverter b. Setting Inverter Setting parameter yang ada pada inverter diperlukan untuk menghasilkan putaran motor yang konstan. Putaran motor yang konstan dipengaruhi oleh frekuensi yang konstan pula. Untuk membangkitkan frekuensi yang masuk ke motor, menggunakan parameter pulse train input pada inverter untuk mengatur frekuensi. Pulse train input tersebut berfungsi sebagai parameter untuk mengatur tegangan output dari inverter yang akan diolah komputer sehingga menghasilkan pulsa yang mana akan dimasukkan ke terminal S2 pada inverter. 5
Berikut beberapa parameter inverter yang harus diubah: Parameter Nilai FNOd 11 F146 1 F378 F679 25 (pps) 20 (ms) ACC 10 dec 10 UL 50 LL 0 Tabel 3.2 Parameter Setting Inverter 1.2.2 Rangkaian Breakout board Penyusun membuat sebuah rangkaian breakout board yang berfungsi sebagai pengelola sinyal keluaran dari personal komputer ke mesin melalui parallel port sebagai interface. Saat pengguna memasukkan G-Code melalui software Mach3, dengan seketika CPU komputer akan bertindak sebagai kernel yang bertugas untuk menerjemahkan G-Code menjadi sinyal untuk masuk ke rangkaian breakout board yang kemudian akan diteruskan ke inverter untuk menggerakkan motor spindle. Sinyal tersebut dikirimkan oleh komputer melalui USB yang masuk ke rangkaian breakout board. Rangkaian breakout board berfungsi sebagai pelindung komunikasi antara komputer dan mesin, sehingga sinyal dari komputer hanya lewat melalui breakout board dan masuk ke inverter. 6
Gambar 3.4 Breakout Board 1.3 Sistem Software Mach3 Software yang ada pada mesin ini menjadi peranan penting dalam hal pengoperasian mesin Aciera F5. Pengendali utama dari sistem mesin yaitu software Mach3. Software ini mengatur semua gerakan mesin, mulai dari pergerakan sumbu x, sumbu y,sumbu z, dan spindel. Software ini juga dapat mendeteksi limit switch sebagai koordinat maksimal yang dapat dicapai oleh sumbu. Software Mach3 yang digunakan yaitu Mach3 mill karena mesin Aciera ini merupakan mesin milling CNC, sehingga kendali yang digunakan yaitu kendali untuk mesin milling. 1.3.1 Tampilan Mach3 Komunikasi antara operator dengan mesin dapat dilakukan dengan bantuan GUI (Graphic User Interface ) yang akan memberikan gambaran keadaan mesin kepada operator saat sedang beroperasi. Berikut tampilan Mach3 yang digunakan pada kendali mesin Aciera F5. 7
Gambar 3.5 Tampilan Interface Mach3 1.3.2 Instalasi Mach3 1. Buka folder yang berisi installer Mach3 lalu klik 2x program Mach3_Setup.exe Gambar 3.6 File Installer Mach3 2. Setelah muncul jendela penginstalan Mach3, pilih Next 8
Gambar 3.7 Tampilan Awal Installer Mach3 3. Lalu akan muncul jendela License Agreement, klik pilihan i agree to the term of this license agreement lalu klik Next Gambar 3.8 Licence Agreement 4. Lalu akan muncul jendela destinasi penginstalan Mach3, pilih Change untuk mengganti lokasi penginstalan yang diinginkan, jika sudah klik Next 9
Gambar 3.9 Letak Folder Penyimpanan Hasil Instalasi 5. Akan muncul jendela tentang fitur-fitur Mach3 yang akan diinstal, pilih Next Gambar 3.10 Fitur-Fitur Mach3 yang Diinstal 10
6. Lalu muncul jendela profil Mach3 pilih Next Gambar 3.Error! No text of specified style in document..31 Profil Mach3 yang Dapat Dipilih 7. Lalu mencul jendela pemberitahuan bahwa Mach3 siap untuk diinstal, pilih Next untuk menginstal Mach3 Gambar 3.12 Tampilan Konfirmasi Instalasi Mach3 8. Setelah penginstalan Mach3 selesai maka akan muncul jendela penginstalan driver Parallel Port, pilih Next untuk lanjut 11
Gambar 3.13 Instalasi Driver Parallel Port 9. Lalu akan muncul pemberitahuan bahwa semua intalasi telah selesai, pilih Finish untuk menyelesaikan instalasi Gambar 3.14 Pemberitahuan Instalasi Telah Selesai 10. Lalu restart komputer agar sistem Mach3 dapat bekerja dengan sempurna 12
1.3.3 Mengganti Tampilan Screen Mach3 Operator juga bisa mengganti tampilan dari Mach3 dari template atau screen yang telah di download dengan extention.set. Berikut cara mengubah screen pada Mach3 : 1. Pilih menu ViewLoad Screens 2. Pilih file yang memiliki extensi.set Gambar 3.15 Load Screen Mach3 Gambar 3.16 File Screen Theme 13
3. Pilih nama file yang dikehendaki OPEN Gambar 3.17 Buka File Screen 4. Tampilan screen Mach3 berganti dengan yang diinginkan Gambar 3.18 Hasil dari Load Screen 14
1.3.4 Konfigurasi Mach3 Pengoperasian mesin milling CNC diperlukan beberapa konfigurasi input dan output serta motor tuning untuk menyesuaikan gerakan mesin dengan perintah yang diinginkan. 1.3.4.1 Langkah-Langkah untuk Setting Konfigurasi Input dan Output Mach3 1. Pilih menu Config Ports and Pins Gambar 3.19 Konfigurasi Ports dan Pins 2. Pilih Tab Motor Output Aktifkan X,Y,Z dan Spindel sesuai dengan gambar berikut. Kemudian ubah nilai pada kolom Step Port dan Dir Port menjadi 1. 15
Gambar 3.20 Tab Konfigurasi Motor Output 3. Ubah nilai Step Pin# dan Dir Pin# sebagai berikut : Spindel : Step Pin# =3; Dir Pin# =2. 4. Pilih Tab Input Signal Gambar 3.21 Konfigurasi Step dan Pin Motor Output Gambar 3.22 Konfigurasi Input Signals 16
5. Pilih Tab Spindel Setup Gambar 3.23 Konfigurasi Spindel Setup 6. Pilih Pulley Ratio #2 Gambar 3.24 Setting Rasio Pulley 17
7. Lalu Apply OK Gambar 3.25 Konfirmasi Perubahan Setting 18