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)

Pin 2 Positif 0,1

Negatif 4,40

Pin 4 Positif 0,1

Negatif 4,40

Pin 6 Positif 0,1

Negatif 4,39

Pin8 Positif 0,1

Negatif 4,40

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

speed

(mm/m

in)

Frekuensi Spindel

(Hz)

Jog

speed

(mm/m

in)

Frekuensi Spindel

(Hz)

Inverter Inverter

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

Spindel

speed

(rpm)

Kecepatan

Putaran

Motor

Induksi

(rpm)

Kecepatan

Putaran

CW

Spindel

(rpm)

Kecepatan

Putaran

CCW

Spindel

(rpm)

Frekuensi

Inverter

(Hz)

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

Spindel

speed

(rpm)

Kecepatan

Putaran

Motor

Induksi

(rpm)

Kecepatan

Putaran

CW

Spindel

(rpm)

Kecepatan

Putaran

CCW

Spindel

(rpm)

Frekuensi

Inverter

(Hz)

100 102 98.2 96.1 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 clamping-

unclamping 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 Analisa

1.1.1 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 disimpulkan bahwa biaya yang

dibutuhkan untuk memperbaiki mesin 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