31 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 PENDAHULUAN Metode yang digunakan adalah untuk mendekatkan permasalahan yang diteliti sehingga menjelaskan dan membahas permasalahan secara tepat. Skripsi ini menggunakan metode perancangan dan perakitan pada mesin CNC router. Perancangan adalah penggambaran, perencanaan dan pembuatan sketsa atau pengaturan dari beberapa elemen yang terpisah ke dalam satu kesatuan yang utuh dan berfungsi Perancangan sistem dapat dirancang dalam bentuk bagan alir sistem (system flowchart), yang merupakan alat bentuk grafik yang dapat digunakan untuk menunjukan urutan-urutan proses dari sistem. Dalam perancangan juga tidak terpisahkan dari proses perhitungan untuk menentukan kapasitas-kapasitas suatu komponen atau material sehingga sesuai dengan kriteria yang diinginkan. Tahap akhir setelah proses perancangan dan perhitungan yaitu proses perakitan dan dilanjutkan ujicoba.
32 3.2 DIAGRAM ALIR PERANCANGAN Mulai Survei lapangan Ide / Gagasan Studi Pustaka Bagian Mekanis Bagian Statis Perancangan Rangka dan Pengelasan Proses Pembuatan ranga dan manufaktur Perbaikan Perakitan Tidak Uji coba Kelayakan Ya Pembuatan Laporan Selesai Gambar 3.1 Diagram alir perencanaan
33 3.2.1 Penjelasan Diagram Alir 1. Pencarian Data Dalam merencanakan sebuah perancangan mesin CNC router milling, maka terlebih dahulu di lakukan pengamatan di lapangan dan studi literatur. 2. Pustaka Sebagai penunjang dan referensi dalam pembuatan perancangan mesin CNC router milling terhadap gaya tekan antara lain: a. Kontruksi Rangka, b. Proses Pemesinan, c. Prosss Kerja Bangku dan Pelat. 3. Perencanaan dan Perancangan Setelah melakukan pencariana data dan pembuatan konsep yang didapat dari literatur studi kepustakaan serta hasil survei, maka dapat direncanakan bahanbahan yang dibutuhkan dalam perancangan dan pembuatan mesin CNC router milling. a. Perancangan elemen mesin pada mesin CNC router milling, b. Persiapan alata dan bahan yang di butuhkan, c. Proses perakitan dan finishing. 4. Proses Manufaktur Proses ini merupakan proses pembuatan alat ukir kayu yang meliputi proses pemesinan untuk membentuk alat sesuai dengan desain yang diinginkan. Adapun macam-macam proses pemesinan yang dilakukan dalam pembuatan alat yaitu; a. Proses pemotongan b. Proses pengelasan c. Proses pengeboran 5. Proses Perakitan Proses perakutan dilakukan setelah proses pembuatan permesinan selesai,sehingga akan membentuk Mesin CNC Router Milling. Proses perakitan bagian-bagian mesin CNC router milling meliputi: a. Pengabungan kerangka b. Pemasangan motor steper pada kerangka dan coupling c. Pemasangan mesin profil kayu / router.
34 6. Percobaan Alat Proses percobaan dilakukan untuk mengetahui apakan mesin CNC router milling mampu bekerja dengan baik. Hal-hal yang dilakukan dalam percobaan alat sebagai berikut: a. Melihat apakah elemen mesin bekerja dengan baik b. Melihat apakah baut pengikat elemen mesin tidak lepas c. Melihat hasil pemakanan 7. Penyempurnaan Alat Penyempurnaan alat ini dilakukan apabila tahap pengujian alat terdapat masalah dan kekurangan, asaehingga dapat berfungsi dengan baik sesuai prosedur, tujuan dan perancangan yang dilakukan. 8. Pembuatan Laporan Pembuatan laporan proyek akhir ini dilakukan secara bertahap dari awal analisa, desain, perencanaan dan pembuatan alat mesin CNC router milling sampai selesai. 3.3 ALAT DAN BAHAN Adapun alat yang digunakan dalam Perancangan mesin CNC router 3 axis antara lain: Tabel 3.2 Alat-alat yang digunakan No Alat Jumlah Satuan/Pcs 1. Mistar Baja 1 buah 2. Vernier Caliper 2 buah 3. Meteran 2 buah 4. Water Pass 1 buah 5. Gergaji 2 buah 6. Siku 1 buah 7. Kikir 2 buah 8. Palu 1 buah 9. Pengores dan penitik 2 set 8. Kunci L 1 set 9. Kunci pass 1 set 10. Obeng + dan - 2 set
35 11. Mesin bor tangan 2 buah 12. Mesin Las Listrik 1 buah 13. Mesin Gerinda 1 buah 14. Penggores 1 buah 15. Penitik 1 buah Material Perancangan mesin CNC router 3 axis: Tabel 3.3 Bahan-bahan yang digunaka : No Bahan yang digunakan Jumlah Satuan 1. Mesin profil kayu 1 buah 2. Motor Stepper nema 17 3 buah 3. Controller ex. Arduino Uno R3 1 buah 4. Driver motor stepper 3 buah 5. Ballscrew 900 mm 1 buah 6. Ballscrew 600 mm 1 buah 7. Ballscrew 300 mm 1 buah 8. Pillow block bearing as 10 mm 3 buah 9. Universal kopling 3 buah 10. Plat aluminium tebal 12 mm 1.5 m² 11. Plat aluminium tebal 8 mm 0.7 m² 12. Besi UNP 65 1 btg 13. Box panel controller 1 buah 14. Baut dan Mur M5 100 pcs 15. Kebel connector USB 1.5 m 16. Kabel power AC 1 m 17. Power supplay 12 V 1 buah 18. Fan 12 V 1 Bh 19. Aluminium composite panel 4mm 1 m² 20. AS stainless steel 15mm 1 btg 21. Penyangga As SK 16 12 buah
36 22. Bearing sumbu X, Y, Z SBR 16 6 buah 3.2 KOSEP DAN PROSES PERANCANGAN PRODUK Beberapa alternatif konsep produk kemudian dikembangkan lebih lanjut setelah dievaluasi. Evaluasi tersebut haruslah dilakukan dengan beberapa kriteria khusus seperti kriteria teknis, kriteria ekonomis dan lain-lain. Konsep produk yang tidak memenuhi persyaratan-persyaratan dalam spesifikasi produk, tidak bias diproses lagi dalam fase-fase berikutnya, sedangkan dari beberapa konsep produk yang memenuhi kriteria dapat dijadikan sebagai konsep dalam pembuatan mesin CNC Router berbasis Arduino Uno R3. 3.3.1 Konsep Produk Inti dari perancangan desain adalah terletak pada pengembangan konsep. Bahwasannya konsep desain adalah kombinasi antara tulisan, lisan, dan atau bentuk prototype yang akan dilakaukan perbaikan dan bagaimana pelanggan menunjukan keuntungan atau kerugian dari produk tersebut. Penjabaran tugas (translation tasks) Pada langkah kerja penjabaran tugas ini di lakukan perumusan dan daftar diharapakan di penuhi oleh solusi akhir. Informasi ini akan menjadi acuan penyusunan spesifikasi Menentukan struktur dan fungsinya dalam menentukan fungsi dan strukturnya hal-hal yang di bahas meliputi struktur fungsi keseluruhan dan sub fungsi E/S0 - Sumber Energi Mesin Profil Kayu Controller Arduino Motor Penggerak M2 M1 Material Kayu Penggerak Material Gambar 3.4 Sub Fungsi Proses Ukir Hasil Ukiran Kayu
37 Keterangan : a. : Aliran energy dan sinyal b. : Aliran bahan c. E : Energi masuk d. S0 atau S1 : Sinyal On/ Off e. M1 : Input Material f. M2 : Output Produk Tabel 3.5 Morphological Chart Morfological Chart Alternatif Solusi 1 2 3 Sub Fungsi Mekanism e Pengerak Motor Servo Motor Steper Motor Listrik Penerus Sub Fungsi Putaran Universal Kopling Join Timming Belt Chain / Sproket Sub Fungsi Putaran Transmisi Long Drat Balscrew
38 Sub Fungsi Material Kontruksi Mesin Plat Alumunium Plat Besi Sub Fungsi Kerangka Mesin Besi Unp Besi Siku Besi Hollow Sub Fungsi Landasan Benda Kerja Plat Acp Plat Bordes Fungsi struktur yang mencangkup kelebihan dan kekurangan dari setiap komponen, sehingga setelah diketahui akan dapat menentukan kombinasi antar tiap komponen. Fungsi struktur yang mencangkup kelebihan dan kekurangan: a. Mekanisme pengerak: 1. Motor stepper Motor stepper memiliki beberapa keunggulan antara lain: Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga mudah diatur. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak. Posisi dan pergerakan repitisinya dapatvditentukan secara presisi.
39 Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (putaran). Sangat realiebel karena adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC biasa. Selain memiliki keunggulan, motor stepper memiliki kelemahan diantaranya sebagai berikut: Tidak adanya umpan balik untuk mengetahui terjadinya selisih step. Menghasilkan suara berisik saat beroprasi. Torsi berkurang secara drastis seiring dengan bertambahnya kecepatan. Penggunaan arus listrik tidak sebanding dengan beban yang diberikan. 2. Motor servo Motor servo memiliki beberapa keunggulan antara lain: Tidak bergetar dan tidak ber-resonasi saat beroprasi. Daya yang dihasilkan sebanding dengan berat dan ukuran motor. Penggunaan arus listrik sebanding dengan beban yang diberikan Tidak berisik saat beroprasi dengan kecepatan tinggi Selain itu motor servo memiliki kelemahan sebagai berikut: Memerlukan pengaturan yang tepat untuk menstabilkan umpan balik Motor menjadi tidak terkendali jika encoder tidak memberikan umpan balik Beban berlebihan dalam waktu yang lama dapat merusak motor. 3. Motor DC biasa Motor DC biasa memiliki beberapa keunggulan antara lain: Kecepatan putar mudah dikendalikan Torsi mudah dikendalikan Selain itu motr DC biasa memiliki kelemahan sebagai berikut: Sikat karbon yang lemah dan perlu perawatan khusus b. Penerus Putaran 1. Universal kopling joint Kelebihan dari universal kopling joint adalah:
40 Harga relative lebih murah Dapat meminimalisir putaran ball screw yang tidak center dengan motor stepper Mudah dalam pengaplikasian Kelemahan dari universal kopling joint adalah: Susah ditemukan di pasaran untuk ukuran lubang as yang sesuai dengan yang kita harapkan. 2. Timing Belt Kelebihan dari timing belt adalah: Flexibel Perbandingan angka rasio tepat Tidak berisik Tanpa pelumasan Kelemahan dari timing belt adalah: Sensitif terhadap jenis minyak pelumas Tidak tahan panas berlebih 3. Rantai-Sproket Kelebihan system transmisi menggunakan rantai adalah: Transmisi anti selip Dapat meneruskan daya besar Keausan kecil pada bantalan Kelemahan system transmisi menggunakan rantai adalah: Berisik Getaran tinggi c. Transmisi Putaran 1. Long Drat Long drat meiliki keunggulan antara lain: Harga relative lebih murah Stok dipasaran banyak
41 Mudah dalam pengaplikasianya Longdrat memiliki kelemahan antara lain: Kepresisian kurang Mudah aus 2. Ball Screw Ball screw memiliki keunggulan antara lain: Tingkat kepresisian tinggi Tidak mudah aus Mudah dalam pengaplikasiannya Ball screw selain memiliki keunggullan juga memiliki kelemahan antara lain: Harga relative mahal Stok pasaran tidak banyak 3.3.2 Proses Perancangan Produk Pada tahapan ini semua bahan akan di kerjakan dan di bentuk sesuai dengan shop drawing yang telah disetujui bersama. Setelah itu semua komponen akan dirangkai menjadi satu kesatuan menjadi mesin CNC Router Kayu. 1. Proses pembubutan Pada proses ini ballscrew di bubut bagian sisi ujung dengan diameter awal 15mm menjadi diameter 10mm. Proses pembubutan ini dilakukan supaya ujung ballscrew bisa masuk ke dalam pillow block bearing.
42 Gambar 3.6 Proses pembubutan ballscrew 2. Proses milling (frais) Proses milling dilakukan untuk mendapatkan komponen mesin CNC yang lebih presisi. Beberapa komponen yang di proses menggunakan mesin milling antara lain : Tiang eretan sumbu Y Plat sumbu Y Plat sumbu Z Meja mesin CNC Router
43 Gambar 3.7 Proses milling meja mesin CNC Gambar 3.8 Proses milling meja mesin CNC 3. Proses pengelasan Dalam proses perancangan rangka meja mesin CNC material yang digunakan adalah UNP 65. Proses pembentukan rangka meja mesin CNC menggunakan las listrik.
44 4. Proses Taping Gambar 3.9 Proses Pengelasan Proses pembuatan ulir dalam untuk baut pengunci meja mesin CNC. Gambar 3.10 Proses pembuatan ulir dalam 5. Proses Perakitan Proses perkitan eretan tiap sumbu
45 Proses assembling beberapa komponen pada eretan mesin CNC yang terdiri dari ballscrew, pillow block bearing, SK16, SBR, dan plat eretan sumbu X, Y dan Z Gambar 3.11 Perakitan eretan sumbu X,Y,dan Z Proses perakitan meja mesin CNC Proses perakitan meja CNC dengan rangka mesin CNC Gambar 3.12 Proses perakitan rangka dengan meja mesin CNC