BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT Dalam bab ini akan dibahas mengenai pembuatan dan perancangan prototype mesin CNC. 3.1 Blok Diagram Untuk dapat menggerakkan sistem X, Y dan Z pada prototype mesin CNC, diperlukan 3 buah motor stepper yang dikendlikan oleh Ardunio seperti pada Gambar 3.1. Motor Stepper 1 pergerakkan Sumbu X Software Grbl Controller Arduino Prototype Mesin CNC Motor Stepper 2 Pergerakkan Sumbu Y Motor steppper 3 Pergerakkan sumbu Z Gambar 3.1 Blok Diagram Penyesuaian desain terakhir adalah menggunakan Software Grbl Controller, selanjutnya Arduino akan membaca desain tersebut sebagai input. Tiga buah 33
34 motor stepper akan bergerak sesuai dengan program yang telah dibuat menggunakan Arduino. Masing-masing motor stepper akan menggerakkan bagian utama dari prototype mesin CNC yang akan bergerak seusai dengan sumbu X, Y dan Z. 3.2 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras (Hardware) Perancangan prototype mesin CNC ini meliputi perancangan mekanik untuk sistem X, Y, Z. 3.2.1 Perancangan Mekanik Agar prototype mesin CNC ini dapat bekerja dengan baik maka perancangannnya dibuat dengan menggunakan Software Autocad seperti pada Gambar 3.2. Prototype mesin CNC ini memiliki 3 bagian utama yaitu sistem X, sistem Y dan sistem Z.
35 Gambar 3.2 Desain Prototype Mesin CNC 3.2.1.1 Sistem X Sistem X merupakaan bagian yang bergerak berdasarkan sumbu X yaitu bergerak kearah horizontal. Sistem X ini terdapat pada bagian atas prototype mesin CNC seperti pada Gambar 3.3
36 Gambar 3.3 Sistem X Pada bagian ini nantinya akan terpasang sistem Z, karena bagian ini berfungsi untuk menggerakkan sistem Z ke arah kanan dan kiri. 3.2.1.2 Sistem Y Sistem Y seperti pada Gambar 3.4 merupakaan bagian yang bergerak berdasarkan sumbu Y yaitu bergerak kearah vertikal. Sistem Y ini terdapat pada bagian penampang mesin yang merupakan tempat peletakkan PCB yang akan dilubangi. Penampang ini memiliki ukuran workspace sama dengan kertas berukuran A4.
37 Gambar 3.4 Sistem Y 3.2.1.3 Sistem Z Sistem Z seperti pada Gambar 3.5 menyatu dengan bagian sistem X. Sistem Z merupakaan bagian dimana terdapat alat bor yang dapat bergerak turun untuk melubangi PCB. Gambar 3.5 Sistem Z
38 3.2.2 Pembuatan Mekanik Prototype mesin CNC ini dibuat dengan menggunakan acrylic sebagai bahan utama. Pemilihan acrylic dikarenakan memiliki bobot yang lebih ringan. Selain itu acrylic juga lebih mudah dipotong sehingga dapat lebih leluasa untuk membentuk setiap bagian sesuai dengan keperluan prototype mesin CNC. Mekanik prototype mesin CNC yang telah dibuat dapat terlihat pada Gambar 3.6 sampai 3.8 Gambar 3.6 Bentuk Bagian X
39 Gambar 3.7 Bentuk Bagian Y Gambar 3.8 Bentuk bagian Z
40 Dalam alat ini terdapat beberapa komponen seperti motor stepper, slider, belt, pulley dan lain-lain. 3.3 Rangkaian Elektronika Dalam pembuatan prototype mesin CNC ini tentunya tidak terlepas dari adanya sistem elektrikal. Oleh karena itu untuk mendapatkan sistem elektrikal sesuai kebutuhan maka perlu dilakukan perancangan. Adapun perancangan disini adalah pemasangan power supply, pembuatan rangkaian motor driver untuk motor stepper dengan IC A4988, pemasangan motor stepper dan komponen-komponen pendukung lainya. Pada Gambar 3.9 berikut adalah Blok diagram sistem elektrikal pada prototype mesin CNC sedangkan sistem elektrikal prototype mesin CNC terdapat pada Gambar 3.10. IC A4988 Motor Stepper 1 Power Supply Arduino Motor Driver IC A4988 Motor Stepper 2 IC A4988 Motor Stepper 3 Gambar 3.9 Blok Diagram Elektrikal
41 Gambar 3.10 Sistem Elektrikal Prototype Mesin CNC Power supply berfungsi sebagai pemberi sumber tegangan yang dibutuhkan oleh Prototype mesin CNC. Output yang dihasilkan oleh power supply adalah 12V DC. Tegangan output pada power supply dihubungkan dengan Arduino sehingga Arduino dapat memproses program yang telah dibuat dengan IDE Software. Pemrograman tersebut meliputi pemrograman motor driver A4988 yang menggunakan 3 buah IC A4988. Motor driver digunakan sebagai pengendali putaran yang akan dihasilkan oleh ketiga motor stepper. Setiap motor stepper yang terdapat pada prototype mesin CNC ini terhubung dengan IC A4988. Dengan begitu setiap bagian pada prototype mesin CNC dapat bergerak sesuai dengan output desain yang diberikan oleh Software Grbl. 3.3.1 Rangkaian Driver Motor A4988
42 Untuk dapat menggerakkan motor stepper dibutuhkan IC A4988. Satu buah IC A4988 hanya dapat mengendalikan satu buah motor stepper. Oleh karena itu pada driver motor ini terdapat 3 buah IC A4988 untuk dapat menggerakkan 3 buah motor stepper. Perancangan driver motor A4988 dapat dilakukan dengan mengggunakan Software Isis seperti pada Gambar 3.11. Gambar 3.11 Schematic Driver Motor A4988 Pada IC A4988 hanya 7 buah kaki yang dihubungkan dengan Arduino, yaitu Enable, Stop, Direction, VCC 12V, VCC 5V dan 2 buah Ground. Lalu 4 buah kaki yaitu 1A, 1B, 2A, 2B dihubungkan dengan sebuah motor stepper. Selanjutnya adalah merangkai komponen yang diperlukan untuk membuat driver motor ini. hasil pembuatan rangkaian driver motor A4988 dapat terlihat pada Gambar 3.12.
43 Gambar 3.12 Rangkaian Driver Motor A4988 Rangkaian driver motor ini menggunakan 4 buah IC A4988. 3 buah IC A4988 digunakan untuk menggerakkan 3 buah motor stepper, sedangkan satu buah sisanya digunakan sebagai cadangan apabila salah satu IC A4988 mengalami kerusakan. 3.3.2 Adaptor Untuk menyalakan alat bor, penulis menggunakan sebuah adaptor seperti pada Gambar 3.13. Adaptor merupakan sebuah alat yang berfungsi untuk mengubah tegangan dari AC menjadi DC. Pada adaptor ini juga terdapat beberapa opsi tegangan yang dapat dipilih sesuai dengan kebutuhan. Semakin besar tegangan yang dipilih akan berpengaruh pada putaran alat bor yang semakin cepat
44 Gambar 3.13 Adaptor 3.4 Pemrograman Dalam perancangan prototype mesin CNC ini diperlukan Arduino Programming Tools untuk melakukan pemrograman Arduino dan Software Grbl untuk melakukan konfigurasi sistem X, Y, dan Z pada prototype mesin CNC. 3.4.1 Pemrograman Arduino Arduino digunakan untuk mengontrol putaran motor melalui IC A4988. Pemrograman pada Arduino dapat menggunakan sebuah Software khusus yaitu Arduino Programming Tools. Program yang dibuat melalui Arduino Programming Tools dapat dilihat pada Gambar 3.14.
45 Gambar 3.14 Pemrograman Arduino Program yang digunakan untuk menggerakkan prototype mesin CNC sudah ada dalam library Arduino. Untuk menggunakannnya hanya tinggal mengakses menu library yang terdapat pada Arduino Programming Tools. 3.4.2 Konfigurasi Sofware Grbl Melalui Software Grbl Controller, sistem X, Y, dan Z dapat bergerak sesuai dengan desain yang telah dibuat. Namun sebelumnya prototype mesin CNC memerlukan konfigurasi terlebih dahulu menggunakan Software Grbl Controller. Konfigurasi dapat dilakukan dengan menggunakan beberapa menu yang tersedia.
46 Pada Gambar 3.15 terdapat menu yang dapat digunakan untuk menggerakkan sistem X, Y dan Z. Gambar 3.15 Konfigurasi Sumbu X Y Z Menu yang ditunjukkan oleh panah pada nomer 1 digunakan untuk menggerakkan sistem Y, panah pada nomer 2 untuk menggerakkan sistem X dan panah pada nomer 3 untuk menggerakkan sistem Z. Pada menu Choose File, keikta desain yang akan dikerjakan telah dipilih maka akan tampil preview desain pada tab visualizer seperti pada Gambar 3.16
47 Gambar 3.16 Preview Desain yang Akan Dibuat Menu lainnya seperti Port Name, digunakan untuk memilih port yang menghubungkan PC dengan Arduino. Sedangkan Begin dan Stop, kedua menu ini digunakan untuk memulai dan menghentikan kerja prototype mesin CNC.