Sistem Spindle Utama Mesin CNC dengan PC Base Mach 3

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
Berikut struktur program dalam software mach3 terutama untuk perintah
spindle:
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
Sign Spindel
Pin 3
Pulse Spindel
Pin 4
Sign Z
Pin 5
Pulse Z
Pin 6
Sign Y
Pin 7
Pulse Y
Pin 8
Sign X
Pin 9
Pulse X
Pin 10
Home Z
Pin 11
Home X
Pin 12
Home Y
Pin 13
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)
Positif
0,1
Negatif
4,40
Positif
0,1
Negatif
4,40
Positif
0,1
Negatif
4,39
Positif
0,1
Negatif
4,40
Pin 2
Pin 4
Pin 6
Pin8
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
Inverter
in)
(mm/m
Inverter
in)
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)
(rpm)
Induksi
Spindel
Spindel
(rpm)
(rpm)
(rpm)
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)
(rpm)
Induksi
Spindel
Spindel
(rpm)
(rpm)
(rpm)
102
98.2
96.1
100
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 cm3).
Pengujian
Waktu oli dipompa
Pengujian I
20 menit
Pengujian II
15 menit
Pengujian III
30 menit
Tabel 4.6 Hasil Pengujian Pompa Oli
1.1
1.1.1
Analisa
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
Kecepatan Rpm Maksimal
Kayu
1400 Rpm
Acrylic
1400 Rpm
Alumunium
1400 Rpm
MS
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
dibutuhkan untuk memperbaiki mesin
disimpulkan bahwa biaya yang
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