Mengenal Mesin CNC

MENGENAL MESIN CNC

A.      Sejarah Mesin CNC

Perkembangan zaman dan tehnologi mengakibatkan meningkatnya kebutuhan manusia. Berbagai sisi kehidupan senantiasa mencari cara untuk mencapai hasil yang lebih baik. Salah satu perubahan secara nyata terlihat pada perkembangan industri saat ini yang menuntut produk dengan kriteria :

·         Tingkat presisi tinggi serta

·         Kualitas yang baik

·         Waktu pengerjaan yang cepat.

Investasi sumber daya manusia semakin ditekan untuk meminimalkan terjadinya kesalahan dari faktor manusia (human error) sehingga  digantikan perannya oleh mesin mesin otomatis yang canggih, yang dapat menghasilkan produk dalam jumlah besar dengan tingkat kepresisian tinggi dalam waktu singkat serta hasil yang berkualitas.

Pada sekitar tahun 1930 – 1940 an dunia industri didominasi oleh mesin – mesin manual atau sering diistilahkan sebagai mesin konvensional, mesin – mesin tersebut membuat hasil produksi tidak stabil., sering terjadi demonstrasi buruh antara operator mesin dengan pihak managemen di berbagai perusahaan. Sehingga sering kali terjadi aksi pemogokan kerja yang berimbas terhadap terganggunya proses produksi.

Kemudian pada masa yang bersamaan terjadilah perang dunia II, perang tersebut memicu meningkatnya kompleksitas kebutuhan komponen untuk peralatan perang. Peralatan perang pada masa itu menuntut dihasilkannya komponen dalam jumlah besar dengan tingkat kesulitan dan kepresisian yang  tinggi, salah satunya adalah komponen untuk pesawat tempur.

Komplikasi dari permasalahan buruh dan  meningkatnya kompleksitas  kebutuhan komponen peralatan perang tersebut itulah yang pada akhirnya  mengantarkan evolusi mesin konvensional menjadi mesin otomatis yang sekaligus dapat diprogram untuk menghasilkan komponen yang beragam. Mesin otomatis kemudian mulai dikembangkan pada waktu itu akan tetapi mesin tersebut masih kurang memadai, misalnya mesin tersebut hanya mampu menghasilkan satu jenis produk saja, dan apabila digunakan untuk membuat produk jenis lainnya dibutuhkan waktu lama untuk setting mesin tersebut.

Dalam perkembangannya mesin otomatis tersebut membutuhkan sistem kontrol elektronik yang dapat mengendalikan mesin tersebut sehingga memudahkan proses perubahan produksi ke produk jenis lainnya. Mesin otomatis dengan basis program yang dikendalikan dengan control elektronik pertama kali oleh proyek gabungan antara Massachusetts Institute of Technology (MIT) dan US Air Force. Mesin tersebut adalah mesin milling vertical 3 axis.yang dilengkapi satu ruangan penuh perangkat tabung vakum elektronik sebagai sistem pengendaliannya. Meskipun mesin tersebut masih kurang memadai, namun mesin tersebut merupakan satu terobosan menuju mesin yang lebih modern. Sistem kontrol elektronik mesin tersebut dinamakan Numerical Control (NC).

NC dikembangkan pada awal tahun 1950 an oleh John T. Parsons yang bekerjasama dengan  MIT Servomechanism Laboratorium. NC didefinisikan  sebagai sebuah sistem kontroler untuk mengendalikan semua gerakan pada mesin dengan cara memasukan langsung data numerik di beberapa koordinat titik tujuan pergerakan mesin. Suatu sistem kontrol elektronik menerjemahkan pengkodean bahasa NC yang terdiri dari angka angka dan huruf ditulis sebagai perintah untuk menggerakan mesin. Angka serta huruf sebagai pengkodean itu sering disebut dengan NC kode atau G kode, sehingga kode tersebut dikirim atau ditransfer ke mesin  oleh sistem kontrol elektrik untuk menggerakan komponen mesin tersebut.

Cara kerja pemrograman pada waktu itu dirancang dengan cara hard-wire logic (pengendalian dengan jalur / kawat tetap) yang kemudian dikembangkan dengan metode pita berlubang.  Kemudian pada tahun 1960 munculah mesin CNC (Computerized Numerical Control) di dunia industri sebagai wujud pengembangan mesin NC pada waktu itu. Mesin CNC tersebut sudah dibuat dengan menggunakan komputer dengan ukuran yang relatif besar, akan tetapi sistem kontrol elektriknya sudah menggunakan rangkaian terpadu ( Integrated Circuit / IC ) yang lebih sederhana bentuk ukurannya.

Saat ini mesin CNC mempunyai hubungan yang sangat erat dengan program CAD (Computer Aided Design) yang kemudian diaplikasikan dengan CAM (Computer Aided Manufacture) beserta perangkat lunak (software) pendukungnya untuk menjalankan mesin. Sehingga metode transfer program dari computer ke mesin terus berkembang dengan menggunakan banyak media seperti kabel RS232, Floppy Disk, kabel RJ45, IC Card, USB Storage dll. Mesin mesin CNC dibuat untuk menjawab tantangan dunia manufaktur modern sekarang ini. Dengan mesin CNC kepresisian suatu produk dapat dimaksimalkan hingga mencapa 1/1000 mm ( mikron ) untuk aplikasi pengerjaan produk massal dengan mutu dan kualitas yang baik dalam waktu yang relatif singkat .  

B.      Prinsip kerja mesin CNC

Mesin yang di kendalikan secara Computerized Numerical Control atau lebih di kenal dengan mesin CNC adalah mesin perkakas yang dikontrol secara numerik menggunakan komputer dengan mikro kontroler sebagai basis kendali.

Pada dasarnya prinsip kerja mesin CNC hampir sama dengan mesin konvensional, hanya saja beberapa pekerjaan yang banyak melibatkan operator, digantikan dengan sistem kendali otomatis. Sistem kendali otomatis ini mengambil alih kerja operator , digantikan oleh program yang dipersiapkan sedemikian rupa, sehingga mesin dapat beroperasi secara aman.

Yang dimaksudkan dengan cara mengendalikan mesin adalah mem­berikan semua informasi kepada mesin untuk dapat bergerak sesuai dengan program yang dipersiapkan sehingga menghasilkan produk tertentu. Pada pekerjaan dengan mesin konvensional, informasi diberikan dengan memutar roda tangan atau mengubah sakelar. Operator meng­ambil informasi itu dari gambar kerja serta tabel dan memeriksa gerak perubahan mesin itu dengan pertolongan pembagian skala.

Hal – hal yang dikendalikan dengan program antara lain :

·         Lintasan alat potong terhadap benda kerja ( bentuk lintasan, kecepatan pemakanan / feeding)

·         Putaran spindle  (mengaktifkan, mematikan, mengatur kecepatan putaran)

·         Pendingin

·         Pencekaman / penjepitan benda kerja

Hal utama yang membedakan mesin CNC dengan mesin manual adalah gerakan sumbu – sumbu mesin, yang pada mesin manual di gerakkan dengan tenaga manusia, maka pada mesin CNC tenaga manusia diambil alih oleh motor listrik.

Motor listrik  yang digunakan pada sumbu mesin CNC adalah motor stepper atau motor servo. Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik.

Gambar 1

Pengaturan putaran poros Motor Stepper

Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah : 

·         Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur, sehingga poros motor dapat diatur mau berputar berapa derajat.

·         Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak

·         Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi

·         Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)

C.      Bagian – bagian mesin CNC

a.       Bagian Statis / Diam

Bagian statis / diam mesin CNC adalah bagian yang menjadi penyangga komponen yang lain. Komponen – komponen yang termasuk bagian statis / diam mesin CNC antara lain : Bed pada mesin Bubut CNC atau Table pada mesin milling CNC,  Headstock, Saddle, dan Frame yang berfungsi melindungi komponen mesin CNC.

Gambar 2

Headstock, Saddle, Table Mesin CNC Edumill

Gambar 3

Frame Mesin CNC Edumill

Gambar 4

Frame Mesin CNC Edulathe

b.      Bagian Dinamis / Bergerak

                                                                          i.      Motor Sumbu

Motor sumbu atau motor axis adalah motor penggerak untuk masing – masing sumbu mesin CNC. Baik sumbu X , Y & Z masing – masing mempunyai motor axis sendiri – sendiri. Motor axis pada umumnya adalah motor stepper atau motor servo

Gambar 5

Motor Axis jenis Stepper

                                                                        ii.      Ball Screw

Ball Screw adalah mekanisme penggerak Axis X, Y &  Z (Leadscrew dan Nut) dimana konstruksi pasangan ulirnya menggunakan bola besi / gotri. Pada mesin manual mekanisme penggerak Axis X, Y &  Z biasanya menggunakan ulir trapesium, ulir square bahkan ulir segitiga.

Fungsi utama ballscrew adalah mengubah gerakan rotasi poros motor stepper menjadi gerakan translasi pada sumbu – sumbu mesin CNC. Konstruksi semacam ini juga menjadikan gerakan sumbu – sumbu menjadi lebih halus dan presisi karena koefisien gesekan antara screw dan nut menjadi sangat kecil.

Gambar 6

Ballscrew dan Nut

                                                                      iii.      Belt Drive

Belt Drive sabuk yang mentransmisikan gerakan putaran motor ke poros penggerak baik axis maupun spindle. Belt drive tidak digunakan jika sudah menggunakan coupling.

Gambar 7

Belt Drive

                                                                       iv.      Motor Spindle

Motor Spindle adalah motor penggerak spindle mesin CNC, motor inilah yang dapat diprogram untuk memutar spindle dalam satuan Revolution Per Minute (RPM) yang dapat ditentukan.

Gambar 8

Motor Spindle

                                                                         v.      Turret /Automatic Tool Changer

Turret atau tool magazine atau tool changer adalah mekanisme pengganti alat potong (Tools) secara otomatis pada mesin  CNC.

Gambar 9

Turret atau Tool Changer

c.       Bagian Kontrol /Pengendali

                                                                          i.      CNC Machine Control

CNC Machine Control adalah sarana komunikasi antara programmer /operator untuk mengoperasikan mesin CNC.

Gambar 10

CNC Machine Control Panel

                                                                        ii.      MPG

Manual Pulse Generator atau MPG adalah perangkat yang disambungkan ke machine control untuk mengendalikan sumbu - sumbu mesin CNC secara manual jika terjadi kesulitan untuk mengendalikannya dari machine control, juga berfungsi untuk memudahkan operator melakukan setting referensi benda kerja tanpa harus mengoperasikan dari machine control.

Gambar 11

Manual Pulse Generator

                                                                      iii.      Communication Port

Adalah perangkat komunikasi antara mesin CNC dengan perangkat komputer yang lain untuk keperluan transfer data.

Gambar 12

Communication Port

d.      Support

                                                                          i.      Clamping Device

Clamping kit adalah perangkat penjepit benda kerja terhadap table mesin CNC

Gambar 13

Clamping Kit

                                                                        ii.      Probe / 3D Digitizer

Adalah perangkat pemindai permukaan benda kerja untuk diterjemahkan menjadi titik – titik koordinat.

Gambar 14

3D Digitizer

D.      Jenis – jenis Mesin CNC

Secara umum jenis – jenis mesin CNC dibedakan menjadi 2 macam yaitu :

·         Mesin Milling CNC

·         Mesin Bubut CNC

a.       Mesin Milling CNC

Mesin milling CNC adalah, mesin CNC dimana gerakan berputar utama pada proses penyayatan dilakukan oleh alat potong (Tools), sedangkan benda kerja bergerak mengikuti gerakan sumbu mesin CNC. Mesin jenis ini pada umumnya menghasilkan benda kerja berbentuk persegi.

Gambar 15

Mesin Milling CNC

Mesin Milling CNC dilihat dari gerakan utama sumbu mesin dibedakan menjadi 2 macam yaitu :

                                                                          i.      Mesin Milling CNC Gantry Part Moving

Mesin Milling CNC Gantry Part Moving yaitu mesin Milling CNC dimana gerakan utama sumbu – sumbu mesin dilakukan oleh kuda – kuda, dimana kuda – kuda atau gantry tersebut membawa spindle, sehingga alat potong bergerak sesuai arah sumbu mesin CNC sedangkan benda kerja diam di meja mesin CNC.

Gambar 16

Mesin Milling CNC Gantry Part Moving

                                                                        ii.      Mesin Milling CNC Table Moving

Mesin Milling CNC Table Moving yaitu mesin Milling CNC dimana gerakan utama sumbu – sumbu mesin dilakukan oleh meja mesin CNC sehingga benda kerja berggerak sesuai dengan arah sumbu mesin CNC sedangkan alat potong tetap berada di tempatnya.

Gambar 17

Mesin Milling CNC Table Moving

b.      Mesin Bubut CNC

Mesin bubut CNC adalah, mesin CNC dimana benda kerja berputar pada spindle, dan proses penyayatan dilakukan oleh alat potong (Tools) yang bergerak sesuai arah sumbu pada program. Mesin jenis ini pada umumnya menghasilkan benda kerja berbentuk silindris.

Gambar 18

Mesin Bubut CNC