Mesin Pemotong Akrilik Berbasis Mikrokontroler

BAB II
SISTEM
MESIN PEMOTONG AKRILIK
2.1.
Gambaran Mesin Pemotong Akrilik
Mesin pemotong akrilik termasuk dalam jenis mesin CNC (Computer Numerical Control).
Mesin CNC adalah sebuah mesin perkakas yang dioperasikan dan dikontrol oleh sebuah komputer
berdasarkan data dari program CAD. CAD (Computer Aided Design) adalah suatu program komputer
untuk menggambar suatu produk atau bagian dari suatu produk. Produk yang ingin digambarkan bisa
diwakili oleh garis-garis maupun simbol-simbol yang memiliki makna tertentu. Contoh program CAD
yang banyak digunakan adalah Corel, Autocad, Solid Work dan masih banyak lainnya.
Gambar 2.1. Mesin CNC cuting
Program CAD mempunyai bermacam-macam format data file. Sebagai contoh adalah CDR,
SVG, PLT, DXF dan lain-lain. Salah satu format file data yang digunakan adalah PLT. File dengan
ekstensi plt disebut juga HPGL (Hewlett Packard Graphich Language) adalah standar
bahasa untuk mencetak gambar berupa garis [2]. Bahasa ini dibuat khusus untuk gambar
2 dimensi pada mesin plotter Hewlett Packard.
File plt disusun berdasarkan perintah yang diberikan pada pena mesin plotter.
Hal ini akan membantu mengurangi kerja dari pemrogram untuk membuat alur gambar
5
yang diinginkan. File plt menggunakan dua huruf sebagai instruksi untuk menggambar
garis, lingkaran, huruf dan simbol.
Tabel 2.1 Kode perintah HPGL
2.2
IN;
initialize, start a plotting job
SP1;
select pen 1
PU0,0;
lift Pen Up and move to starting point for next action
PD100,0;
put Pen Down and move to the following locations
Sistem Kerja Mesin Pemotong Akrilik
Mesin pemotong akrilik bekerja berdasarkan data yang diplot dalam sumbu
koordinat kartesian 3 dimensi. Setiap data mempunyai nilai dari masing-masing sumbu.
Sumbu X dan Y merupakan nilai posisi koordinat sedangkan sumbu Z merupakan nilai
kedalaman atau ketinggian.
Gambar 2.2. Sumbu kartesian 3 dimensi
Mesin pemotong akrilik menggunakan 3 buah motor sebagai penggerak. Dua
buah motor untuk menentukan posisi koordinat dan satu motor untuk menentukan
kedalaman pemotongan.
Masing-masing motor terhubung dengan sebuah mekanik
penggerak seperti pada Gambar 2.3.
6
motor Z
penggerak Z
penggerak Y
motor Y
penggerak X
motor X
Gambar 2.3. Mekanik penggerak 3 Axis
Masing-masing mekanik penggerak mewakili arah dari sumbu koordinat
kartesian. Mekanik penggerak X mewakili sumbu X, mekanik penggerak Y mewakili
sumbu Y dan mekanik penggerak Z mewakili sumbu Z. Masing –masing mekanik
penggerak dapat bergerak maju atau mundur tergantung arah putaran motor yang
tersambung pada ulir. Karena data pada sumbu kartesian saling berhubungan maka
mekanik penggerak juga harus dihubungkan satu dengan yang lainnya. Mekanik
penggerak X ditopang oleh mekanik penggerak Y. Mekanik penggerak Z ditopang oleh
mekanik penggerak X. Sedangkan mekanik Z sendiri hanya bergerak naik turun karena
komponen Z mewakili data kedalaman.
7
Motor
Komputer
Mekanik
Penggerak
Untai
pengendali
Gambar 2.4. Cara kerja mesin pemotong akrilik
Data akan dikirim dari komputer dan diterima oleh untai pengendali. Data
tersebut dapat berupa kode atau nilai tertentu yang menyatakan koordinat titik potong.
Karena data dikirim lewat komputer maka diperlukan sebuah interface atau perangkat
antarmuka yang memungkinkan pengguna untuk mengontrol proses pemotongan.
Perangkat antarmuka ini adalah sebuah program komputer yang berfungsi untuk
menerjemahkan data gambar ke dalam perintah-perintah tertentu.
Untuk mengirimkan data dari komputer ke perangkat pengendali dibutuhkan
jalur komunikasi. Jalur yang digunakan bisa menggunakan Serial Port, parallel port
atau Universal Serial Bus port.
Data yang dikirim dari komputer akan diterima dan diolah oleh untai
pengendali. Data tersebut diubah dalam bentuk pulsa tegangan dengan frekuensi
tertentu dan dalam waktu tertentu. Untai pengendali ini berupa untai mikrokontroler
yang berfungsi untuk mengolah data dan mengontrol gerakan motor.
8
Karena arus dan tegangan keluaran dari mikrokontroler sangat terbatas,
sedangkan arus dan tegangan yang dibutuhkan untuk menggerakkan motor cukup besar
maka dibutuhkan untai driver motor. Untai ini menggunakan transistor dan MOSFET
sebagai komponen utamanya.
Motor yang digunakan adalah motor stepper. Motor stepper bekerja dengan
mengubah pulsa listrik menjadi gerakan mekanik diskrit. Karena mempunyai gerakan
mekanik diskrit, maka putaran motor dapat dengan mudah diatur sesuai kebutuhan.
Putaran motor stepper tergantung dari jumlah pulsa yang diberikan, sedangkan
kecepatannya tergantung frekuensi pulsa yang diberikan. Langkah motor stepper
dinyatakan dalam sudut. Sudut tersebut disebut sudut langkah atau step angle. Step
angle adalah sudut yang dihasilkan dalam 1 kali pergerakan motor stepper. Misalkan
sebuah motor stepper mempunyai step angle 1.8° maka dalam 1 putaran mempunyai
200 step.
Pada bagian mekanik penggerak, poros motor stepper akan dihubungkan dengan
sebuah ulir.
Gambar 2.3: Motor terhubung ulir
Ulir berfungsi mengubah gerakan rotasi menjadi translasi. Untuk itu diberikan
sebuah mur pada poros ulir.
9
1
1
3
2
1
Ulir
2
4
4
Jarak gang ( pitch)
3
Putaran Motor Stepper
Gambar 2.4 Putaran motor stepper vs gerakan ulir
Jika motor stepper digerakan, maka ulir akan bergerak searah gerakan motor
stepper sehingga mur bergerak maju atau mundur mengikuti arah putaran ulir. Jika
putaran motor stepper diubah dalam gerakan ulir akan mendapat jarak sebagai berikut :
=
°
×
S
= Jarak yang ditempuh ulir
N
= Jumlah step
°
(2.1)
= Step Angle
P
2.3
× °
= Jarak gang ulir
Komponen Pembentuk Sistem
Aplikasi interface, untai pengendali dan mekanik penggerak adalah komponen
utama dalam sistem mesin pemotong akrilik. Namun untuk menghubungkan kerja dari
komponen utama tersebut dibutuhkan komponen-komponen pendukung supaya kerja
alat mencapai hasil yang diinginkan. Berikut adalah daftar komponen penyusun alat
yang akan dirancang.
1. Perangkat Keras.
a.
Mekanik
Bagian mekanik ini meliputi rangka, mekanik penggerak dan bagian
pemotong.
b.
Elektronik
Bagian elektronik terdiri dari

Untai Pengendali/Kontroler.

Motor Stepper.
10

Motor Driver.

Sensor photo interrupter.

Catu daya.
2. Perangkat Lunak
a.
Aplikasi Desktop
Aplikasi desktop berisi program sebagai berikut :
b.

Program pengubah resolusi.

Program penampilkan gambar.

Program untuk menset kedalaman.

Program untuk mengirim dan menerima data ke untai pengendali.
Program Pengendali

Program penerima dan pengirim data ke aplikasi desktop.

Program pengontrol gerakan motor.
11