PENGARUH ARAH PEMAKANAN TERHADAP

GETARAN MESIN FRAIS UNIVERSAL

SKRIPSI

Skripsi ini ditulis sebagai salah satu persyaratan

untuk memperoleh gelar Sarjana Pendidikan Program Studi Pendidikan Teknik Mesin

Oleh Miftah Yanottama NIM. 5201413040

PENDIDIKAN TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2017

ii

iii

iv

ABSTRAK

Yanottama, Miftah. 2017. Pengaruh Arah Pemakanan terhadap Getaran Mesin

Frais Universal. Skripsi. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri

Semarang. Pembimbing: Dr. Muhammad Khumaedi, M.Pd., Drs. Pramono, M.Pd.

Tujuan penelitian ini adalah untuk menguji ada tidaknya pengaruh yang

signifikan antara pemakanan searah sumbu x dan searah sumbu y teradap getaran

pada mesin frais universal dan juga untuk mengetahui arah pemakanan yang

menghasilkan getaran paling kecil. Parameter pemakanan yang digunakan adalah

menggunakan pahat HSS diameter 16 mm, kecepatan potong 24 mm/menit,

kedalaman pemakanan 0,5 mm, dan kecepatan spindel 540 rpm.

Metode penelitian yang digunakan eksperimental. Data hasil penelitian

diambil dengan mengamati secara langsung hasil perlakuan kemudian menentukan

dan menyimpulkan hasil penelitian yang telah dilakukan. Analisis data didahului

dengan uji normalitas untuk mengetahui kenormalan data, uji homogenitas untuk

mengetahui apakah variasi dari perlakuan homogen atau tidak, dan uji t untuk

mengetahui apakah ada pengaruh yang signifikan antara variable independen dan

dependen secara parsial, perhitungan dilakukan menggunakan program SPSS 16.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa arah pemakanan berpengaruh

terhadap getaran yang dihasilkan oleh mesin frais universal. Besarnya rata-rata

getaran yang dihasilkan oleh arah pemakanan searah sumbu x adalah 0,58 mm/s,

dan getaran yang dihasilkan arah pemakanan searah sumbu y adalah 0,80 mm/s.

Dari data pada tabel uji t = 6,71 nilai Sig. (2-tailed) adalah 0.000 ≤ 0.05, maka Ho

ditolak dan Ha diterima. Jadi hasil data pengukuran getaran pada pemakanan searah

sumbu x dan sumbu y dalam proses pengefraisan menggunakan mesin frais

universal dalam penelitian ini terdapat perbedaan yang signifikan. Sedangkan

pemakanan pada arah sumbu x memiliki getaran paling kecil yaitu dengan rata-rata

getaran sebesar 0,58 mm/s.

Kata Kunci: Arah Pemakanan, Getaran, Frais Universal.

v

PRAKATA

Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT berkat rahmat dan

hidayah-Nya, sehingga dapat diselesaikan skripsi dengan judul “Pengaruh Arah

Pemakanan terhadap Getaran Mesin Frais Universal” dalam rangka

menyelesaiakan studi Starta Satu untuk mencapai gelar Sarjana Pendidikan di

Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

Skripsi ini dapat terselesaikan berkat bimbingan, bantuan dan motivasi dari

berbagai pihak. Oleh karena itu dengan penuh kerendahan hati disampaikan ucapan

terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi

ini. Penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Prof. Dr. Fathur Rokhman, M.Hum, Rektor Universitas Negeri Semarang.

2. Dr. Nur Qudus, M.T. Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

3. Rusiyanto, S.Pd. M.T. Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Negeri Semarang dan juga Ketua Program Studi Pendidikan Teknik

Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Negeri Semarang.

4. Dr. Muhammad Khumaedi, M.Pd. selaku dosen pembimbing 1 yang telah

memberikan bimbingan, arahan, motivasi, saran, dan masukan kepada penulis

dalam penyelesaian skripsi ini.

5. Drs. Pramono, M.Pd. selaku dosen pembimbing 2 yang telah memberikan

bimbingan, arahan, motivasi, saran, dan masukan kepada penulis dalam

penyelesaian skripsi ini.

6. Drs. Agus Suharmanto, M.Pd. selaku penguji yang telah memberikan saran dan

masukan dalam memperbaiki skripsi ini.

7. Ibu dan Bapak tercinta yang selalu memberikan do’a, semangat dan motivasi.

8. Himpro Teknik Mesin Unnes yang telah memberikan pengalaman yang sangat

berharga dan tak terlupakan.

9. Semua teman-teman Jurusan Teknik Mesin angkatan 2013 yang selalu ada dan

memberi semangat.

10. Semua pihak yang telah memberikan motivasi, saran, dan masukan kepada

penulis dalam penyelesaian skripsi ini.

vi

Penulis menyadari dalam skripsi ini masih banyak kekurangan, oleh karena

itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dalam perbaikan

skripsi ini. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan dunia

pendidikan pada khususnya.

Semarang, Agustus 2017

Penulis

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

PENGESAHAN ................................................................................................... ii

PERNYATAAN KEASLIAN ............................................................................. iii

ABSTRAK ........................................................................................................... iv

PRAKATA ........................................................................................................... v

DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... x

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xi

DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xii

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah ...................................................................... 1

B. Identifikasi Masalah ........................................................................... 3

C. Batasan Masalah.................................................................................. 4

D. Rumusan Masalah ............................................................................... 5

E. Tujuan Penelitian ................................................................................ 5

F. Manfaat Penelitian .............................................................................. 5

BAB II KAJIAN PUSTAKA

A. Kajian Teori ........................................................................................ 7

1. Mesin Frais ..................................................................................... 7

a. Pengertian Mesin Frais (Milling) ............................................... 7

b. Mesin Frais Universal ................................................................ 8

c. Sumbu pada Mesin Frais Vertikal .............................................. 8

viii

d. Pemakanan Berlawanan (Up Milling) ........................................ 9

e. End Mill ...................................................................................... 10

f. Elemen Dasar Proses Pengefraisan ............................................ 11

2. Getaran ............................................................................................ 15

B. Penelitian Yang Relevan ..................................................................... 20

C. Kerangka Berfikir................................................................................ 24

D. Hipotesis .............................................................................................. 25

BAB III METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan ......................................................... 26

B. Desain Penelitian ................................................................................. 26

C. Alat dan Bahan penelitian ................................................................... 27

D. Parameter Penelitian............................................................................ 27

E. Kalibrasi Mesin ................................................................................... 28

F. Teknik Pengumpulan Data .................................................................. 28

1. Diagram Alur penelitian ................................................................. 29

2. Proses Penelitian ............................................................................. 30

3. Instrumen Data Penelitian .............................................................. 31

4. Teknik Analisis Data ...................................................................... 32

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Penelitian ................................................................................... 35

B. Pembahasan Hasil Penelitian .............................................................. 40

ix

BAB V PENUTUP

A. Simpulan ............................................................................................. 44

B. Saran .................................................................................................... 44

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 46

LAMPIRAN-LAMPIRAN ................................................................................. 48

x

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Mesin Frais Universal ....................................................................... 8

Gambar 2.2. Arah Sumbu Pemakanan pada Mesin Frais Vertikal ....................... 9

Gambar 2.3. Pemotongan Berlawanan (Up Milling) ............................................ 10

Gambar 2.4. End Mill ............................................................................................ 11

Gambar 2.5. Skematik Proses Frais Vertikal ........................................................ 11

Gambar 2.6. Diagram level getaran mesin per ISO 10816 ................................... 16

Gambar 2.7. Contoh Getaran Eksitasi Deterministik dan Getaran Random ......... 18

Gambar 2.8. Digital Vibration Terser Meter Phase II DVM 1000 ....................... 19

Gambar 3.1. Diagram Alur Pelaksanaan Penelitian .............................................. 29

Gambar 4.1 Histogram Nilai Uji Pengaruh Arah Pemakanan terhadap Getaran

pada Mesin Frais Universal ............................................................... 37

Gambar 4.2 Grafik Rata-rata Nilai Getaran pada Arah Pemakanan Proses

Pengefraisan ....................................................................................... 41

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Kecepatan potong untuk beberapa bahan ............................................. 13

Tabel 2.2. Daftar kecepatan potong/putaran mesin frais....................................... 14

Tabel 2.3. ISO 2372 – ISO guideline for machinery vibration severity ............... 20

Tabel 3.1. Desain Penelitian.................................................................................. 27

Tabel 3.2. Instrumen Data Pengaruh Arah Pemakanan terhadap Getaran pada

Mesin Frais Universal ........................................................................... 31

Tabel 4.1 Data Pengaruh Arah Pemakanan terhadap Getaran pada Mesin Frais

Universal ............................................................................................... 35

Tabel 4.2 Desain Faktorial Hasil Pengukuran Nilai Getaran Mesin Frais

Universal ............................................................................................... 36

Tabel 4.3 Data Deskriptif Statistik Arah Pemakanan ........................................... 36

Tabel 4.4. Uji Normalitas ...................................................................................... 37

Tabel 4.5. Uji Homogenitas .................................................................................. 38

Tabel 4.6. Uji T ..................................................................................................... 39

xii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Dokumen Penelitian ......................................................................... 49

Lampiran 2. Surat Usulan Pembimbing ................................................................ 54

Lampiran 3. Surat Penetapan Dosen Pembimbing Skripsi ................................... 55

Lampiran 4. Surat Ijin Penelitian di Jurusan Teknik Mesin UNNES ................... 56

Lampiran 5. Surat Ijin Penelitian di Jurusan Tenik Mesin ITS ............................ 57

Lampiran 6. Surat Tugas Dosen Penguji Proposal Skripsi ................................... 58

Lampiran 7. Sertifikat Bahan EMS 45 .................................................................. 59

Lampiran 8. Data Penelitian .................................................................................. 60

Lampiran 9. Perhitungan dengan SPSS 16 ........................................................... 66

Lampiran 10. Hasil Uji Deskriptif ........................................................................ 67

Lampiran 11. Hasil Uji Normalitas ....................................................................... 68

Lampiran 12. Hasil Uji Homogenitas ................................................................... 69

Lampiran 13. Hasil Uji T ...................................................................................... 70

Lampiran 14. Surat Keterangan Selesai Penelitian ............................................... 71

Lampiran 15. Surat Tugas Panitia Ujian Sarjana .................................................. 72

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Pada era globalisasi sekarang ini, perkembagan teknologi semakin maju

dan cangih, terutama dalam dunia industri manufaktur pembentukan logam

(Farisi, 2016:100). Proses dalam pembentukan logam dapat dilakukan dengan

menggunakan berbagai cara seperti menggunakan mesin perkakas. Proses

permesinan merupakan proses untuk mengubah bentuk bahan baku menjadi

benda kerja dengan menghasilkan geram (chip). Salah satu proses pemesinan

yang banyak dilakukan dalam pembentukan komponen logam adalah proses

pengefraisan (milling) (Suteja et al., 2008:1).

Proses frais adalah proses pengurangan material untuk membetuk suatu

produk dengan cara memutarkan alat potong (cutter) yang dipasang pada arbor

sehingga tiap giginya melakukan pemakanan dengan menggerakkan benda

kerja melalui meja yang dapat bergerak ke kiri atau ke kanan (Yanuar, et al.,

2014:27). Proses pengefraisan banyak digunakan dalam pembuatan komponen

yang mempunyai fitur berupa profil dan juga trajectory yang kompleks. Sebagai

contoh, proses pengefraisan sering digunakan dalam pembuatan cetakan

(mould) untuk membuat produk-produk dari bahan plastik (Suteja et al.,

2008:1). Dalam proses pengefaisan akan menghasilkan kualitas (kekasaran

permukaan) yang berbeda-beda, hal tersebut tergantung dari fungsinya.

Kualitas produk mesin frais tergantung dengan permintaan nilai kekasaran. Jika

2

kekasaran sesuai dengan yang diinginkan maka kualitas semakin baik begitu

pula sebaliknya, sehingga perlu diperhatikan dan butuh solusi dalam proses

pengefraisan untuk mendapatkan tingkat kekasaran permukaan agar sesuai

dengan yang diinginkan. Ada beberapa faktor/parameter yang mempengaruhi

kekasaran permukaan dalam proses pengefaisan antara lain kecepatan putaran

spindel (spindel speed), kedalaman pemakanan (depth of cut), kecepatan potong

(cutting speed), kodisi mesin, bahan benda kerja, bentuk pahat potong dan

operator (Yanuar et al., 2014:27). Kondisi pemotongan juga dapat

mempengaruhi getaran pada mesin sehingga berpengaruh pada kestabilan dan

berdampak pada kualitas produk yang dihasilkan (Hernadewita et al., 2006:55).

Menurut Kalpakjian dalam Romiyadi dan Azriadi (2014:32) “getaran

pemesinan (machine vibration) merupakan getaran yang timbul selama proses

pemotongan berlangsung dan disebabkan sedikitnya oleh dua hal yaitu getaran

yang ditimbulkan oleh gaya potong dan getaran akibat eksitasi pribadi.”

Dampak getaran pemesinan yang muncul pada mesin frais sangat besar

pengaruhnya. Selain berdampak pada kekasaran permukaan produk yang

dihasilkan, getaran yang tinggi pada mesin frais juga bisa menyebabkan umur

pahat semakin pendek dan mesin tidak tahan lama (Hendra, 2006:99).

Besar kecilnya getaran pada mesin tergantung kepada kondisi

pemotongan (cutting condition), adapun yang dimaksud dengan kondisi

pemotongan di sini antara lain adalah kedalaman pemakanan (depth of cut),

kecepatan potong (cutting speed), kecepatan spindel (spindle speed). Dengan

pemakanan standarisasi kecepatan potong dan feeding kemungkinan akan

3

mengakibatkan getaran yang normal. Selain itu, pada mesin frais terdapat tiga

sumbu yaitu sumbu X, Y dan Z yang digerakan oleh masing-masing eretan.

Eretan pada mesin frais memiliki ukuran dan beban yang digerakan berbeda-

beda. Hal tersebut akan mempengaruhi proses pemotongan dan getaran yang

dihasilkan pada mesin fais. Berdasarkan uraian diatas, maka penelitian ini akan

memfokuskan pada uji getaran yang dihasilkan pada mesin frais dengan variasi

arah pemakanan yaitu arah pemakanan searah sumbu X dan sumbu Y pada

mesin frais universal menggunakan end mill jenis HSS berdiameter 16 mm dan

kecepatan spindel 540 rpm serta benda kerja berbahan karbon sedang dengan

kedalaman pemakanan 0,5 mm.

B. Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan di atas, maka

indentifikasi masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Proses milling banyak digunakan di dalam industri untuk pembentukan

logam.

2. Adanya tuntutan dalam menggunakan mesin frais untuk menghasilkan

kualitas yang bagus yakni dengan hasil benda kerja yang halus.

3. Getaran pemesinan (machine vibration) merupakan getaran yang timbul

selama proses pemotongan berlangsung dan disebabkan sedikitnya oleh dua

hal yaitu getaran yang ditimbulkan oleh gaya potong dan getaran akibat

eksitasi pribadi.

4

4. Kekasaran benda kerja dalam proses milling di pengaruhi oleh beberapa

faktor getaran.

5. Mesin frais memilki tiga sumbu yaitu sumbu x, y dan z yang digerakan oleh

masing-masing eretan dan mempunyai beban gerakan yang berbeda-beda.

6. Getaran pada mesin frais dapat mengakibatkan umur pahat semakin pendek

dan mesin tidak tahan lama.

C. Batasan Masalah

Berdasarkan rumusan masalah dan identifikasi masalah, maka dapat

ditentukan batasan-batasan masalah dalam penelitian, yaitu:

1. Getaran mesin frais yang ditimbulkan oleh arah pemakanan potong

2. Arah pemakanan yang digunakan adalah searah sumbu x dan sumbu y

3. Menggunakan mesin frais universal

4. Ulir eretan sumbu x dan eretan sumbu y memiliki karakteristik yang sama

5. Bahan menggunakan baja EMS 45 jenis plat strip berbentuk persegi dengan

ukuran 50 mm x 10 mm yang dipotong sepanjang 50 mm.

6. End mill menggunakan material HSS dengan diameter 16 mm dan jumlah

gigi 4

7. Kedalaman pemakanan yang digunakan adalah 0,5 mm

8. Kecepatan spindel yang digunakan adalah 540 rpm.

9. Kecepatan potong 24 mm/menit

5

D. Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi dan batasan masalah tersebut diatas, maka

rumusan masalah yang diajukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Apakah ada pengaruh yang signifikan antara pemakanan searah sumbu x

dan searah sumbu y terhadap getaran pada mesin frais universal?

2. Pada arah pemakanan manakah yang menghasilkan getaran paling kecil?

E. Tujuan Penelitian

Berdasarkan rumusan masalah yang telah dikemukakan, penelitian ini

bertujuan untuk:

1. Untuk menguji ada tidaknya pengaruh signifikan antara arah pemakanan

searah sumbu x dan searah sumbu y terhadap getaran pada mesin frais

universal;

2. Untuk mengetahui arah pemakanan yang menghasilkan getaran paling kecil.

F. Manfaat Penelitian

Dari penelitian ini diharapkan akan membawa manfaat, baik manfaat

praktis maupun manfaat teoritis.

1. Manfaat Praktis

a. Hasil penelitian ini dapat memberikan informasi kepada industri terutama

industri kecil yang bergerak dalam bidang pemesinan khususnya mesin

frais.

b. Memberikan informasi mengenai pengaruh arah pemakanan terhadap

getaran pada mesin frais universal.

6

2. Manfaat Teoritis

1. Menambah pengetahuan bagi peneliti dan pembaca tentang pengaruh arah

pemakanan dan terhadap getaran pada mesin frais universal.

2. Sebagai bahan kajian dan perbandingan bagi pengembangan penelitian

sejenis dimasa yang akan datang.

3. Sebagai bahan masukan dan informasi bagi pengembangan bahan pustaka

di lingkungan Universitas Negeri Semarang terutama Program Studi

Pendidikan Teknik Mesin S1.

7

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

A. Kajian Teori

1. Mesin Frais

a. Pengertian Mesin Frais (Milling)

Mesin frais (milling machine) merupakan salah satu mesin perkakas

untuk mengerjakan/menyelesaikan suatu benda kerja dengan cara megurangi

volume menggunakan pisau frais (cutter) sebagai pahat penyayat yang berputar

pada sumbu mesin. Mesin frais termasuk mesin perkakas yang memiliki prinsip

kerja memutarkan alat potong (cutter) untuk proses pemakanan. Cutter

dipasang pada sumbu mesin yang dibantu dengan alat pendukung yang disebut

arbor, jika arbor mesin tersebut berputar melalui suatu putaran motor listrik

maka cutter yang terpasang pada arbor akan ikut berputar. Arbor pada mesin

frais dapat berputar ke arah kiri maupun kanan, dan kecepatan putar arbor dapat

diatur sesuai kebutuhan (Daryanto, 2006:33).

Kegunaan mesin frais pada industri pemesinan cukup banyak,

diantaranya untuk:

1. Meratakan permukaan benda kerja,

2. Mengefrais alur tepi yang saling tegak lurus,

3. Membuat suatu alur lurus dan melingkar pada suatu komponen

mesin,

4. Membuat jajaran lubang lurus dan melingkar,

5. Mengerjakan batang bergigi,

6. Dengan bantuan kepala pembagi dapat untuk membuat roda gigi

lurus, roda gigi cacing, roda gigi payiung roda gigi helik, dan lain-

lain (Sugiri, et al., 2011:6).

8

Alat potong pada mesin frais memiliki gigi potong yang banyak

sehingga mempercepat proses pemakanan pada benda kerja. Hasil dari proses

pengefraisan dapat berbentuk datar, menyudut, atau melengkung bahkan dapat

membuat profil kombinasi dari beberapa bentuk (Yanuar et al., 2014:28).

b. Mesin Frais Universal

Mesin frais merupakan salah satu mesin perkakas yang mempunyai

perkembangan teknologinya begitu cepat. Mesin frais universal merupakan

gabungan antara mesin frais horizontal dan vertikal. Mesin ini dapat digunakan

pada posisi mendatar dan posisi tegak serta pada bagian meja (table) dapat

digeser/diputar pada kapasitas tertentu (Sumbodo, 2008:331).

Gambar 2.1. Mesin frais universal

Sumber: Romiyadi dan Emon Azriyadi (2014:32)

c. Sumbu pada Mesin Frais Vertikal

Mesin frais vertikal memilliki tiga sumbu yaitu sumbu x, y, dan z yang

masing-masing digerakkan dengan eretan. Jika tubuh kita berada di depan dan

9

menghadap ke mesin frais, sumbu x yaitu sumbu yang mengarah ke samping

dan bergerak kearah kiri-kanan. Sumbu y yaitu sumbu yang bergerak dengan

arah maju-mundur, dan sumbu z yaitu sumbu yang bergerak dengan arah naik-

turun. Arah sumbu pada mesin frais vertikal dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.2. Arah Sumbu pemakanan vertikal pada mesin frais

d. Pemotongan Berlawanan (up milling)

Pemotongan berlawanan (up milling) adalah proses pemotongan yang

datangnya benda kerja berlawanan dengan putaran cutter. Pada proses

pemakanan, beram bekas pemotongan langsung terbuang searah dengan arah

pemotongan tiap-tiap gigi kearah luar. Untuk mendapatkan hasil yang baik,

kecepatan potong harus sesuai dan konstan. Metode ini cocok digunakan untuk

semua jenis mesin frais (Sugiri, et.al. 2011:32)

10

Gambar 2.3. Pemotongan Berlawanan (Up Milling)

Sumber: Ansyori (2015:30)

e. End Mill

End Mill memiliki ukuran diameter 5 mm ke atas. Untuk ukuran 38 mm

keatas pada bagian tangkai ada yang dibuat silindris dan ada yang dibuat tirus.

Bagian tangkai yang tirus dsesuaikan dengan adaptor yang bertujuan untuk

mengurangi getaran. Untuk End mill tangkai silindris dipegang dengan alat

khusus yang disebut collet. End mill pada umumnya memiliki dua bibir atau

empat bibir, namun pada saat ini ada yang memiliki tiga bibir. End mill biasanya

digunakan untuk membuat alur pada bidang yang datar atau pasak dan pada

umumnya dipasang pada posisi tegak (mesin frais vertikal), namun pada kondisi

tertentu dapat juga dipasang posisi horizontal yaitu langsung dipasang pada

spindel mesin frais potong (Sugiri, 2011:23). End mill memiliki jenis bahan

yang berbeda-beda yang berpengaruh dalam penyayatan. Alloy tool steel

merupakan jenis bahan baja perkakas paduan antara baja paduan tinggi dan baja

paduan rendah yang mengandung karbon chromium, vanadium dan

molybdenum. Bahan jenis ini biasa disebut dengan HSS (High Speed Steel) yang

merupakan baja paduan tinggi dan tahan terhadap keausan sampai suhu 600o C

(Sumbodo, 2008:294).

11

Gambar 2.4. End Mill HSS

Sumber: Romiyadi dan Emon Azriyadi (2014:33)

f. Elemen Dasar Proses Pengefraisan

Menurut Widarto et al., (2008:212), elemen dasar proses pengefraisan

hampir sama dengan proses pembubutan. Elemen diturunkan berdasarkan

rumus dari gambar 2.9.

Gambar 2.5. Skematis proses frais vertikal

Sumber: Widarto et al., (2008: 212)

12

Keterangan :

Benda Kerja:

w = lebar pemotongan (mm)

lw = panjang pemotongan (mm)

lt = lv + lw + ln (mm)

a = kedalaman potong (mm)

Pisau Frais:

d = diameter luar (mm)

z = jumlah gigi/mata potong

Xr = sudut potong utama (90o) untuk pisau frais selubung

Mesin Frais:

n = putaran poros utama (rpm)

vt = kecepatan makan (mm/putaran)

1. Kecepatan Potong (cutting speed)

Kecepatan potong adalah kemampuan alat potong (cutter) menyayat

bahan dalam satuan meter/menit atau ft/menit.

Rumus Kecepatan Potong:

VC = π x d x n (m/menit)

Pada teknik pemesinan normalisasi ukuran menggunakan mm, maka:

VC = mm/menit

13

Dimana:

Vc = Kecepatan Potong

d = diameter alat potong (cutter)

n = kecepatan putar spindel

π = 22/7 atau 3,14

Selain dengan rumus, kecepatan potong biasanya sudah ditentukan

standarnya berdasarkan bahan yang digunakan.

Tabel 2.1. Kecepatan potong untuk beberapa bahan

BAHAN Cutter HSS Cutter Karbida

Halus Kasar Halus Kasar

Baja Perkakas 75 – 100 25 – 45 185 – 230 110 – 140

Baja Karbon

Rendah 70 – 90 25 – 40 170 – 215 90 – 120

Baja Karbon

Menengah 60 – 85 20 – 40 140 – 185 75 – 110

Besi Cor

Kelabu 40 – 45 25 – 30 110 – 140 60 – 75

Kuningan 85 – 110 45 – 70 185 – 215 120 – 150

Alumunium 70 – 110 30 – 45 140 – 215 60 – 90

Sumber: Sumbodo, (2008:302)

14

Tabel 2.2. Daftar kecepatan potong/putaran mesin frais

Sumber: Sumbodo, (2008:303)

2. Kecepatan Spindel

Rumus kecepatan spindel diambil dari persamaan rumus kecepatan

potong.

n = rpm

15

3. Gerakan makan per gigi:

Merupakan kecepatan linier pahat sepanjang benda kerja dalam satuan

mm/menit atau inci/menit.

Fz = vf / z.n (mm/menit)

4. Waktu pemotongan

Waktu pemotongan merupakan waktu yang diperlukan untuk melakukan

penyayatan sepanjang benda kerja dalam satuan detik atau menit.

(menit)

5. Kecepatan penghasilan beram

Kecepatan penghasilan beram merupakan volume material yang terbuang

per satuan waktu dalam satuan cm3/menit atau inci3/menit.

z = vf . a . w / 1000 (cm3/menit)

2. Getaran

Vibrasi atau getaran adalah gerak bolak balik suatu benda terhadap posisi

stasionernya (Arista, 2012:1). Getaran dapat berupa benturan yang berulang

secara kontinyu atau dengan kata lain dapat juga berupa gerakan tidak beraturan

atau acak. Getaran mesin dapat disebabkan oleh adanya variasi oleh sistem

penggerak menjadi gaya yang memiliki resultan tidak sama dengan nol atau

resultan gaya dengan harga yang berubah-ubah. Kalau semua gaya tersebut

mempunyai harga dan arah yang dapat dihitung secara tepat dan akurat maka

keseimbangan mesin tersebut akan terjadi sehingga mesin tidak menimbulkan

getaran. Kenyataannya, gaya di dalam sebuah mesin selalu berubah, baik harga

16

maupun arahnya, belum lagi ditambah gaya luar sebagai gangguan misalnya

dari efek inersia (Karyasa, 2011:5-6).

Gambar 2.6. Diagram level getaran mesin per ISO 10816

Sumber: Phase II Machine Tool, 2008 oleh Romiyadi dan Azriadi

(2014:32)

17

Menurut Tunggal Bhimadi Karyasa, (2011:15-16), getaran dibagi

menjadi beberapa klasifikasi, antara lain:

1. Getaran bebas

Getaran bebas merupakan getaran yang terjadi pada suatu sistem

(mekanisme) tanpa adanya pengaruh gaya dari luar (eksitasi). Pada getaran

bebas eksitasi diberikan pada awal saja, setelah itu benda akan berosilasi.

2. Getaran paksa

Getaran paksa merupakan getaran yang terjadi pada suatu sistem karena

adanya pengaruh gaya luar (eksitasi).Contohnya adalah getaran pada motor

diesel.

3. Getaran tak teredam

Getarn tak teredam adalah getaran dimana tidak ada kehilangan energi

yang disebabkan tahanan selama osilasi.

4. Getaran linier

Getaran linier adalah getaran yang terjadi pada semua komponen sistem,

baik itu pegas, massa, dan peredam berperilaku linier.

5. Getarn non-linier

Getaran non-linier adalahgetaran yangterjadi pada semua komponen

system baik itu pegas, massa, dan peredam berperilaku non-linier. Contoh

pendekatan ini umum dilakukan untuk getaran impak.

18

6. Getaran deterministik

Getaran deterministik adalah getaran dimana harga eksitasi yang bekerja

dalam sistem diketahui setiap saat. Eksitasi diplot kemudian perhitungan

numerik ekuivalen eksitasi pada model dilakukan.

7. Getaran random atau getaran acak

Getarn acak adalah getaran dimana harga eksitasi yang bekerja pada

sistem tidak dapat diperkirakan. Untuk getaran jenis ini diperlukan rekaman

data eksitasi dari pendekatan atau simulasi yang benar untuk dibuatkan polanya

secara statistik sehingga rata-rata eksitasinya dapat diperkirakan. Contoh

getaran ini adalah gempa bumi, kekasaran permukaan jalan, kecepatan angina.

Gambar 2.7. Contoh Getaran eksitasi deterministik dan getaran random

Sumber: Karyasa, (201:16)

19

Gambar 2.8. Digital vibration terser meter phase II DVM 1000

Sumber: Phase II Machine Tool, 2008 oleh Romiyadi dan Azriadi

(2014:33)

Menurut Amelia Sugondo et al,. (2008:2), ada dua jenis getaran, yaitu

getaran bebas dan getaran paksa. Getaran paksa terjadi apabila suatu benda

dikenai gaya dari luar. Besarnya getaran pada mesin rata-rata berada pada range

10 Hz dan 1000 Hz. Berikut tabel kondisi getaran mesin untuk menenukan layak

tidaknya mesin utuk digunakan.

20

Tabel 2.3. ISO 2372 – ISO guideline for machinery vibration severity

ISO 2372 – ISO guideline for machinery vibration severity

Range of Vibration Severity

Examples of quality judgment for Separate classes of machines

Velocity – in/s - Peak

Velocity – mm/s - rms Class I Class II Class III Class IV

0.015 0.28

0.025 0.45

0.039 0.71

0.062 1.12

0.099 1.8

0.154 2.8

0.248 4.5

0.392 7.1

0.617 11.2

0.993 18

1.54 28

2.48 45

3.94 71

Sumber: Amelia Sugondo et al,. (2008:2)

Kondisi mesin dan gangguan pada mesin dapat ditentukan dengan

mengukur parameter atau ukuran getaran yang terjadi. Parameter

getaran yang sering dipakai adalah :

1. Frekwensi (freqwency)

2. Simpangan (displacement) 3. Kecepatan (velocity)

4. Percepatan (acceleration) (Abas, H. et al,. 2013:2)

B. Penelitian yang Relevan

1. Penelitian tetang getaran mesin frais telah dilakukan oleh Romiyadi dan

Emon Azriadi. Dalam penelitan yang berjudul “Pengaruh Kemiringan

Spindel dan Kecepatan Pemakanan terhadap Getaran Mesin Frais Universal

Knuth UFM 2”, menyimpulkan bahwa semakin besar kemiringan spindel,

maka semakin besar pula getaran mesin frais yang terjadi baik pada proses

up milling maupun down milling. Begitu pula dengan pengaruh kecepatan

21

pemakanan, semakin cepat pemakanan akan menimbulkan getaran yang

semakin besar.

2. Penelitian yang dilakukan oleh Afif pada tahun 2004 tentang Penelitian

Getaran Pahat Mesin Frais, Pengaruh Kedalaman Potong/iris, dan

Kekasaran Permukaan, menyimpulkan bahwa semakin besar nilai feed rate

maka nilai amplitudo percepatan getaran yang terjadi akan semakin besar

dan semakin bertambahnya nilai depth of cut menyebabkan nilai percepatan

getaran yang terjadi semakin besar.

3. Hummada Abbas, et al. melakukan penelitian yang berjudul “Pengaruh

Perameter Pemotongan pada Operasi Pemotongan Milling terhadap Getaran

dan Tingkat Kekasaran Permukaan (Surface Roughness)” dengan

melakukan pemakanan up-milling pada mesin frais horizontal pada material

baja ST 40 dan ST 60. Dari hasil pengujian diperoleh tingkat kekasaran

permukaan terkecil terjadi pada material ST 42 sebesar 1.4 μm dengan

amplitudo getaran 1.0 μm terjadi pada putaran spindel 240 rpm pada

kedalaman potong 0.2 mm dengan gerak ingsut 12 mm/menit sedangkan

kekasaran maksimum terjadi pada material ST 60 yaitu sebesar 11.0 μm

pada putaran spindel 180 rpm, kedalaman potong 1.0 mm, dengan gerak

insut 38 mm/menit menghasilkan amplitudo getaran sebesar 17.0 μm.

4. Amelia Sugondo, et al., (2008) dalam Studi pengaruh Kedalaman

Pemakanan terhadap Getaran dengan Menggunakan Mesin Bubut Chien

Yeh CY 800 Gf, meneliti pengaruh getaran dari arah sumbu X gaya radial,

Y dan Z pada benda kerja berbahan ST 42 dengan fariasi kedalaman 0,5

22

mm, 1 mm, dan 1,5 mm pada putaran 300 rpm, 520 rpm, dan 750 rpm. Dari

penelitian tersebut dapat disimpulkan Kedalaman pemotongan berpengaruh

pada besarnya amplitudo getaran yang terjadi. Pada kedalaman pemotongan

0,5 mm, getaran yang ditimbulkan paling kecil dan dapat disimpulkan

getaran akan semakin besar jika gaya tangensial yang dibutuhkan untuk

pemotongan semakin besar. Berbeda dengan putaran, pada penelitian ini,

putaran 300 rpm menghasilkan amplitudo getaran lebih tinggi daripada

putaran tinggi 750 rpm. Arah sumbu penempatan probe untuk uji getar, juga

mempengaruhi besarnya getaran yang terjadi. Pada arah sumbu x, getaran

paling kecil dan pada arah sumbu y paling besar.

5. Penelitian yang dilakuikan oleh C. O. Izelu, et al., dalam penelitian yang

berjudul “Effect of Depth of Cut, Cutting Speed and Work-piece Overhang

on Induced Vibration and Surface Roughness in the Turning of Cr4 Alloy

Steel”, dari hasil penelitian menyimpulkan bahwa variasi kedalaman

pemakanan (depth of cut), kecepatan pemakanan (cutting speed), dan work

piece overhang memiliki pengaruh yang signifikan terhadap kekasaran

permukaan dan tingkat relatif diinduksi getaran pada mesin. Getaran dan

kekasaran permukaan sebanding dengan kedalaman pemakanan (depth of

cut), kecepatan pemakanan (cutting speed) dan work piece overhang.

6. Vishal Wayal, et al., (2013) dalam penelitian yang berjudul Investigation on

Cutting Force and Vibration Signals in Turning: Mathematical Modeling

Using Response Surface Methodology, menyimpulkan bahwa kecepatan

pemakanan (cutting speed) dan kedalaman pemakanan (depth of cut)

23

mempengaruhi nilai sinyal getaran pada mesin, dimana semakin besar

kecepatan pemakanan (cutting speed) dan kedalaman pemakanan (depth of

cut) maka sinyal getaran pada mesin juga semakin besar.

7. Penelitian yang dilakukan Zulhendri, et.al. (2007) Jurusan Teknik Mesin

Politeknik Negeri Padang yang berjudul “Pengaruh Tipe Pahat dan Arah

Pemakanan Permukaan Berkontur pada Pemesinan Milling Awal dan Akhir

terhadap Getaran dan Kekasaran Permukaaan”. Adapun hasil penelitian

yang dilakukan menyatakan bahwa ada pengaruh yang signifikan antara

arah pemakanan melintang (sumbu y) dan arah pemakanan sejajar (searah

sumbu x) terhadap getaran mesin.

8. Penelitian yang dilakukan oleh Abuthakeer,et al., yang berjudul Prediction

and Control of Cutting Tool Vibration in CNC Lathe with Anova and Ann,

menghasilkan data dari penelitian yang dilakukna dengan variasi kedalaman

pemakanan (depth of cut) 0,5 mm, 0,75 mm, 1 mm, kecepapatan pemakanan

(cutting speed) 150 m/menit, 200 m/menit, 250 m/menit, dan Feed rate 0,1

mm/rev, 0,2 mm/rev, 0,3 mm/rev, yang menyebutkan bahwa ada pengaruh

parameter diatas terhadap nilai getaran yang dihasilkan. Dimana semakin

besar kedalaman pemakanan (depth of cut) akan menghasilkan getaran yang

semakin besar, dan semakin besar kecepatan pemakanan (cutting speed)

akan menghasilkan getaran yang semakin besar pula.

9. penelitian yang dilakukan oleh Risank Danur Doro (2013) Jurusan Teknik

Mesin dan Industri Univesitas Gajah Mada yang berjudul “Analisis

Pengaruh Parameter Pemakanan terhadap Getaran Mini PC-Based CNC

24

Milling pada Diameter Tool 8 mm” penelitian tersebut menyimpulkan

bahwa ada pengaruh yang signifikan antara pemakanan searah sumbu x dan

searah sumbu y terhadap getaran mesin.

C. Kerangka Berpikir

Getaran mesin merupakan salah satu penyebab umur mesin menjadi

pendek dan pahat menjadi cepat aus. Semua mesin perkakas akan menghasilkan

getaran pada mesin pada saat beroperasi termasuk pada mesin frais. Selain

dipengaruhi faktor dari dalam mesin tersebut, getaran pada mesin frais juga

dipengaruhi faktor dari luar. Faktor dari luar yang mempengaruhi getaran mesin

adalah parameter pemotongan yang diantaranya adalah kecepatan spindel

(spindle speed), kedalaman pemakanan (depth of cut), dan kecepatan

pemakanan (feed rate). Selain parameter pemotongan getaran mesin pada mesin

frais juga dapat dipengarui oleh arah pemakanan.

Mesin frais memiliki tiga sumbu yakni sumbu x, y, dan z yang digerakan

oleh masing-masing eretan. Eretan pada masing-masing sumbu bergerak

dengan beban yang berbeda-beda, pada arah sumbu x pemakanan vertikal eretan

menggerakkan meja mesin, sadankan pada arah sumbu y eretan selain

menggerakkan meja mesin juga menggerakan dudukan meja mesin sehingga

beban yang digerakan lebih besar. Perbedaan ini akan menghasilkan getaran

pada mesin yang signifikan antara arah pemakanan searah sumbu x dan arah

pemakanan searah sumbu y pada proses pengefraisan.

25

D. Hipotesis

Berdasarkan dasar-dasar teori yang telah diutarakan dengan demikian

dapat diajukan hipotesis sebagai berikut:

1. Terdapat pengaruh yang signifikan antara arah pemakanan searah sumbu x

dan searah sumbu y terhadap getaran pada mesin frais universal.

44

BAB V PENUTUP

A. Simpulan

Dari penelitian yang telah dilakukan dapat dihasilkan beberapa

kesimpulan yaitu:

1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa arah pemakanan berpengaruh

terhadap getaran yang dihasilkan oleh mesin frais universal. Besarnya

rata-rata getaran yang dihasilkan oleh arah pemakanan searah sumbu x

adalah 0,58 mm/s, dan getaran yang dihasilkan arah pemakanan searah

sumbu y adalah 0,80 mm/s. Jadi getaran pada pemakanan searah sumbu

x dan sumbu y dalam proses pengefraisan menggunakan mesin frais

universal dalam penelitian ini terdapat perbedaan yang signifikan.

2. Pemakanan pada arah sumbu x memiliki getaran paling kecil yaitu

dengan rata-rata getaran sebesar 0,58 mm/s.

B. Saran

Adapun saran yang diberikan terhadap penelitian yang telah

dilakukan tentang pengaruh arah pemakanan terhadap getaran mesin frais

universal adalah sebai berkut.

1. Pada saat penelitian disarankan menggunakan alat ukur getaran (vibro

meter) yang dapat langsung mengeluarkan hasil getarannya, dengan alat

tersebut akan memudakan dalam pngolahan data. Karena dengan alat uji

pada penelitian ini membutuhkan 4 tahap untuk bisa menghasilkan nilai

getaran, sedangkan dengan alat yang disarankan membutuhkan 1

tahapan saja.

45

2. Hasil getaran yang paling kecil adalah pemakanan searah sumbu x. Oleh

sebab itu disarankan agar dalam proses pengefraisan yang sederhana

menggunakan pemakanan searah sumbu x untuk menanggulangi cepat

ausnya pahat dan cepat rusaknya mesin frais yang digunakan.

3. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang getaran arah pemakanan

yang lain dan dengan variasi parameter yang berbeda pula agar

menghasilkan getaran mesin yang kecil.

4. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut tentang getaran yang diterapkan

pada mesin milling CNC

46

DAFTAR PUSTAKA

Abbas, H. et al,. 2013. Pengaruh Parameter Pemotongan pada Operasi Pemotongan

Milling terhadap Getaran dan Tingkat Kekasaran Permukaan (Surface Roughness). Proceeding seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII) & Lomba Rancang Bangun Mesin Universitas Lampung.

Abuthakeer, S. S. 2011. Prediction and Control of Cutting Tool Vibration in Cnc

Lathe with Anova and Ann. International Journal of Lean Thingking. 02/01:

1-23.

Ansyori, A. 2015. Pengaruh Kecepatan Potong dan Makan terhadap Umur Pahat

pada Pemesinan Frais Paduan Magnesium. Jurnal Mechanical. 06/01: 28-

35.

Arista, E. Y. 2012. Pengukuran Getaran Dengan Vibrometer dan Akustik pada

Mesin Pendorong Pokok (MPK) KRI Pulau Rupat-712 di Komando Armada

RI Kawasan Timur Surabaya. Jurnal Teknik POMITS. 1/1: 1-6.

Daryanto. 2006. Mesin Perkakas Bengkel. Rineka Cipta: Jakarta

Farisi, A. S. 2016. Pengaruh Variasi End Mill Cutter terhadap Tingkat Kerataan

Permukaan dan Bentuk Geram Kuningan dan Alumunium 6061 pada Mesin

CNC TU-3A dengan Kode Program G 01. Jurnal Teknik Mesin. 04/02: 99-

104.

Hendra. 2006. Pengukuan Sinyal Getaran pada Mesin Bubut Galic 16N dengan

Menggunakan Multychannel Spectrum Analyzer. Jurnal Teknik Mesin. 3/2:

99-105.

Hernadewita et al. 2006. Analisis Pengaruh Kondisi Pemotongan Benda Kerja

(Panjang Menjular) terhadap Kekasaran Permukaan pada Mesin Bubut

Gallic 16N. Jurnal Teknik Mesin. 3/1: 55-61.

Izelu, C. O. et al,. 2014. Effect of Depth of Cut, Cutting Speed and Work-piece Overhang on Induced Vibration and Surface Roughness in the Turning of 41Cr4 Alloy Steel. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 04/01:1-5.

Karyasa, T. B. 2011. Dasar-dasar Getaran Mekanis. Andi: Yogyakarta.

Rawangwong, S. et al. 2014. Influence of Cutting Parameters in Face Milling Semi-Solid AA 7075 Using Carbide Tool Affected the Surface Roughness and Tool Wear. Energy Procedia. 56:448-457.

47

Romiyadi dan Azriadi, E. 2014. Pengaruh Kemiringan Spindel dan Kecepatan

Pemakanan terhadap Getaran Mesin Frais Universal Knuth UFM 2. Jurnal Teknobiologi. 1: 31-36.

Sugiri, et al. 2011. Melakukan Pekerjaan dengan Mesin Frais (Dasar). PT. Pustaka

Insan Madani: Yogyakarta.

Sugiyono. 2012. Metode Penelitian Pendidikan (Pendekatan Kuantitatif, Kualitatif

dan R&D). Alfabeta: Bandung.

Sugondo, A. et al,. 2008. Studi Pengaruh kedalaman Pemakanan terhadap Getaran

dengan Menggunakan Mesin Bubut Chien Yeh CY 800 Gf. Seminar Nasional – VII. Rekayasa dan Aplikasi teknik Mesin di Industri Kampus ITENAS.

Sumbodo, W. et al. 2008. Teknik Produksi Mesin Industri Jilid 2. Direktorat

Pembinaan Sekolah Menegah Kejuruan, Direktorat Jendral Manajemen

Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional:

Jakarta.

Suteja, T. J. et al. 2008. Optimasi Proses Pemesinan Milling Fitur Pocket Material

Baja Karbon Rendah Menggunakan Response Surface Methodology. Jurnal Teknik Mesin. 10/1: 1-7.

Wayal, V. et al,. 2015. Investigation on Cutting Force and Vibration Signals in Turning: Mathematical Modeling Using Response Surface Methodology. Journal of Mechanical Engineering and Automation. 5/3B: 64-68.

Widarto, et al. 2008. Teknik Pemesinan. Direktorat Pembinaan Sekolah Menegah

Kejuruan, Direktorat Jendral Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah,

Departemen Pendidikan Nasional: Jakarta.

Yanuar, H. et al. 2014. Pengaruh Variasi Kecepatan Potong dan Kedalaman

Pemakanan terhadap Kekasaran Permukaan dengan Berbagai Media

Pendingin pada Proses Frais Konvnsional. Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Unlam. 03/01: 27-33.

http://ptm-production.blogspot.co.id/2015/06/jenis-jenis-mesin-frais.html. Diakses

pada 19 Februari 2017, 11.55 WIB