Sistem Spindle Utama Mesin CNC dengan PC Base Mach 3

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
25 (pps)
F679
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 View Load Screens
Gambar 3.15 Load Screen Mach3
2. Pilih file yang memiliki extensi “.set”
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.
Gambar 3.21 Konfigurasi Step dan Pin Motor Output
4. Pilih Tab Input Signal
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