Tugas Jurnal mesin perkakas

7/14/2019 Tugas Jurnal mesin perkakas

1/18

TUGAS JURNAL MESIN PERKAKAS

SISTEM PENGATURAN GERAKAN TOOL PADA

PROTOTIPE MESIN CNC DENGAN KONTROLER

DISTURBANCEOBSERVER

Di ajukan sebagai tugas dan syarat kelulusan kuliah mesin perkakas

Nama : M Ridwan Seftiean

NIM : 2010250007

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DARMA PERSADA

2014


2/18

SISTEM PENGATURAN GERAKAN TOOL PADA

PROTOTIPE MESIN CNC DENGAN KONTROLER

DISTURBANCEOBSERVER

Yoram KorenThe University of Michigan,

Ann Arbor, Ml 48109

LATAR BELAKANG MASALAH

Mesin Computer Numerical Controlled (CNC) adalah suatu mesin yang dikontrol oleh komputer

dengan menggunakan bahasa numerik (data perintah dengan kode angka, huruf dan simbol)

sesuai dengan standart ISO. Sistem kerja teknologi CNC ini akan lebih sinkron antara computer

dan mekanik, sehingga bila dibandingkan dengan mesin perkakas yang sejenis, maka mesin

perkakas CNC lebih teliti,lebih tepat, lebih fleksibel dan cocok untuk produksi masal. Mesin

CNC memiliki dua atau lebih arah gerakan tool yang disebut dengan sumbu atau axis. Gerakan

pada axis antara lain linier (yang merupakan garis lurus) atau gerakan circular(yang merupakan

lintasan melingkar). Umumnya, sumbu yang terdapat pada gerakan linier adalah X, Y dan Z

sedangkan nama axispada gerakan circular adalah A, B dan C. Salah satu spesifikasi yang dapat

memperlihatkan kekompleksitasan dari mesin CNC adalah berapa banyak axis yang dimilikinya

dan gerakan interpolasi yang ada. Struktur kontrol konvensional yang banyak dipakai untuk

pengaturan gerakan tool pada mesin CNC adalah decoupledcontrol. Pada struktur ini setiap

sumbu akan dikontrol secara independen dan tidak menerima informasi dari sumbu yang lain .

Struktur ini telah dicoba dengan menggunakan metode


3/18

proportional integral control, adaptive control dan variable structure control . Kelebihan

struktur decoupled-control antara lain pada kesederhanaan struktur dan kemudahan untuk

direkonfigurasi. Pada struktur ini, error pada kontur dapat terjadi ketika salah satu sumbu

mendapat disturbance yang akan menimbulkanerror pada trayektori sumbu tersebut, sedangkan

sumbu yang lain akan berjalan dengan normal. Akibatnya kontur hasil yang merupakan resultan

trayektori masing- masing akan mengalami error . Strategi yang dapat diambil untuk mengatasi

masalah ini adalah dengan meningkatkan kemapuan setiap sumbu untuk mengatasi disturbances.

Salah satu metode kontrol yang mempunyai kemampuan khusus untuk meredam disturbances

adalah disturbance observer (DOB) . Metode ini sebelumnya telah digunakan untuk pengaturan

meja kerja pada mesin freis dan telah teruji mampu mengatasi disturbance yang muncul dan

cocok digunakan untuk pengaturan posisi pada mesin CNC. Pada pengerjaan Tugas Akhir kali

ini, metode ini juga digunakan untuk pengaturan posisi pada mesin CNC, hanya saja yang diuji

kali ini adalah gerakan tool dari mesin CNC.. Dengan memperhatikan hal hal diatas, maka

permasalahan yang diangkat pada masalah ini adalah bagaimana mengimplementasikan DOB

dengan struktur decoupled-control pada pengaturan gerakan tool prototipe mesin CNC yang

diteliti.


4/18

PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan latar belakang masalah di atas maka pada perumusan masalah pada jurnal ini adalah

Perancangan sistem control pengaturan gerakan tools pada prototype mesin CNC denganmenggunakan kontroler disturbance observer (DOB)

Simulasi sistem control pada perancangan protype tersebut Bagaimana mengimplementasikan DOB dengan struktur decoupled-controlpada

pengaturan gerakan toolprototipe mesin CNC yang diteliti

TUJUAN DAN MANFAAT

Adapun tujuan pada perancangan sistem control pengaturan pada prototype mesin CNC dengan

menggunakan kontroler disturbance observer ( DOB )ini ada beberapa tujuan :

Sebagai aplikasi dan pengembangan kombinasi sistem control pada sistem CNC Sebagai uji coba mencari metode control dalam mengurangi disturbances pada tools Pengujian sistem control DOB pada mesin CNC

Adapun manfaat pada perancangan sistem control pengaturan pada prototype mesin CNC dengan

menggunakan kontroler disturbance observer ( DOB )ini ada beberapa manfaat :

Penulis dapat mengetahui dan memahami dari suatu proses perancangan sampaimanufaktur dari suatu alat yang akan di produksi.

Penulis dapat membandingkan hasil produk pada CNC yang menggunakan strukturcontrol dan tidak menggunakan struktur control


5/18

Penulis dapat membandingkan perancangan pada sistem control mesin cnc yang telah dibuat secara nyata untuk di buat analisa secara matematis

Pada perancangan sistem control ini dapat di manfaatkan sebagai sistem produksi padaperusahaan guna mendapat produk yang minim kerusakan atau reject

PEMBATASAN MASALAH

Untuk mencapai tujuan pada penulisan ini maka pembahasan masalah ini di batasi pada :

Pada jurnal tersebut hanya di batasi pada perancangan dan sistem control prototype Analisa perhitungan hanya di batasi sampai simulasi struktur control dan pengujian pada

benda kerja


6/18

METODOLOGI PENULISAN

Penulisan jurnal ini dilakukan berdasarkan fakta

fakta yang objektif agar

kebenarannya dapat di pertanggung jawabkan baik secara teoritis maupun pengujiannya.

Dalam melakukan perancangan dan pembuatan alat pada jurnal ini menggunakan

metode pelaksanaan sebagai berikut :

Metode Studi PustakaMencari referensi buku buku penunjang yang berkaitan dengan perancangan alat

tersebut, untuk melengkapi dasar teori dan data data yang diperlukan dalam

penyusunan jurnal ini.

Metode Survei LapanganMencari , Mengamati, dan Memahami prinsip kerja alat alat yang berhubungan dan

diperlukan dalam perancangan alat tersebut serta mencatat spesifikasi alat

alat yang

diamati untuk bahan pembanding.

Metode Perancangan dan perakitanMelakukan pembuatan sketsa gambar, perencanaan komponen, pembuatan komponen

yang dibutuhkan.


7/18

Jenis Penelitian

Dalam penelitian yang mencakup pada mesin tools dilihat dari perhitungan,

efisiensi dan efektifitas kerjanya berdasarkan data yang kongkrit dengan cara :

Penelitian Kepustakaan (Library Research) yaitu dengan cara menghimpun bahan-bahan pengetahuan ilmiah yang bersumber dari buku-buku, dan tulisan-tulisan ilmiah

yang erat kaitannya dengan materi penulisan.

Penelitian Lapangan (Field Research) yaitu dengan cara mengadakan pengujian danpengetesan melalui praktek.

Sifat Penelitian

Dalam penelitian permasalahan ini penulis menggunakan deskriptif yaitu suatu

penelitian yang bertujuan untuk menggambarkan keadaan atau gejala dan objek yang

diteliti dengan mengambil suatu kesimpulan yang bersifat umum.

Pengumpulan Data

Data PrimerDiperoleh melalui perancangan sistem control dalam kegiatan operasionalnya dan juga

melakukan pengamatan atas hasil penelitian untuk dapat diambil langkah apa yang

harus dilakukan dalam penelitian tersebut.

Data SekunderDengan mempelajari teori teori yang didapat dari literatur, dokumen dan bahan

pustaka lainnya yang berhubungan dengan objek penelitian.


8/18

Metode Analisa Data

Data yang diperoleh dari penelitian yang dilakukan baik secara teori maupun melalui

perhitungan.

Sistematika Penulisan

jurnal ini terdiri dari lima bagian, yaitu agar alur penyusunan jurnal ini dapat disusun

dengan baik dan dapat dipahami dengan mudah, adapun sistematika penulisannya sebagai

berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisikan latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian,

pembatasan masalah, metodologi penelitian, serta sitematika penulisan.

BAB II LANDASAN TEORI

Bab ini berisikan teori serta metode dari berbagai buku yang digunakan sebagai dasar dalam

menentukan model pemecahan masalah yang penulis butuhkan dalam langkah pengerjaan.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini menerangkan lebih detail mengenai langkah-langkah yang diambil penulis dalam

penyelesaian jurnal ini. Permodelan prototype alat serta spesifikasi alat yang akan di buat serta

alat ukur yang akan di gunakan.


9/18

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA PADA SISTEM KONTROL DOB PADA

MESIN CNC

Bab ini berisikan tentang cara pengambilan data dan pngolahan data serta perhitungan dari hasil

data yang telah di ambil pada saat percobaan serta membandingkan hasilnya.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab terakhir ini merupakan kesimpulan dari apa yang telah dikemukakan dalam bab bab

sebelumnya.


10/18

PERANCANGAN SIMULASI SISTEM KONTOL DOB PADA MESIN CNC

A.Prinsip Kerja Mesin CNCPada mesin CNC terdapat tiga buah sumbu kerja yaitu sumbu X, sumbu Y dan sumbu Z . Sumbu

X dan sumbu Y berfungsi untuk membentuk kontur horizontal sedangkan sumbu Z menentukan

kedalaman potongan mata pahat terhadap benda kerja. Pergerakan pada sumbu X , Y dan Z

dilakukan oleh penggerak spindle. Berdasarkan prinsip kerja mesin CNC untuk membentuk

benda kerja maka dapat dilihat bahwa kemampuan penggerak spindle pada tiap sumbu,

menentukan hasil dari kerja mesin CNC . Jika penggerakspindle mampu bergerak sesuai dengan

kontur yang diinginkan dengan baik, maka hasil kerja akan menjadi semakin baik. Tujuan dari

sistem pengaturan kontur adalah supaya sistem dapat menghasilkan output berupa kontur yang

sama dengan kontur referensi yang dihasilkan

Gambar protype mesin CNC


11/18

B. . InterpolasiPada mesin CNC, sistem kontur biasanya terbentuk darikombinasi dari kontur linier dan kontur

circular. Interpolasi adalah proses pergerakan dua sumbu atau lebih dalam waktu yang sama

untuk membentuk kontur atau lintasan yang diinginkan relative terhadap benda kerja. Untuk

kontur linier,Persamaan interpolasi masing-masing sumbu adalah :

=. (1)

=.. (2)

Dimana adalah gradien garis yang diinginkan dan adalah frekuensi. Dengan adanya proses

interpolasi ini, untuk membentuk suatu lintasan yang diinginkan hanya perlu mendefinisikan

bentuk lintasan, koordinat awal dan koordinat akhir, serta frekuensinya. Sedangkan untuk kontur

lingkaran untuk menetapkan jalur di sepanjang busur lingkaran, hanya titik awal dan akhir dan

jari-jari yang diperlukan untuk menghasilkan busur lingkaran. Dalam kebanyakan kasus

interpolasi melingkar terbatas pada satu kuadran, dan karena itu baik titik awal dan titik akhir

harus berada di kuadran yang sama lingkaran. Untuk menghasilkan kontur lingkaran, maka harus

memenuhi Persamaan 3, proses interpolasi mengubah suatu bentuk lintasan menjadi sinyal sinus

untuk sumbu x dan sinyal kosinus untuk sumbu y ].

C. Perancangan SistemSistem yang dirancang bertujuan untuk mensimulasikan mekanisme kerja mesin CNC untuk

membuat kontur melalui pergerakan penggerak motor spindle. Dalam Tugas Akhir ini jenis

kontur yang dapat dibuat dibatasi pada kontur linier dan circular. Kontur linier menghasilkan

garis lurus, sedangkan kontur circular menghasilkan bentuk- bentuk lingkaran. Struktur sistem

mekanikplant secara keseluruhan dapat dilihat

pada Gambar 3.1


12/18

Gambar struktur sistem mekanik plant

Pemakaian metode DOB pada struktur kontrol bertujuan untuk meningkatkan kemampuan tiap-

tiap sumbu dalammeredam gangguan- gangguan yang muncul. Gangguan gangguan yang

mungkin muncul padaplant diasumsikanterjadi akibat gejala kenonlinieran, seperti gesekan dan

dan akibat dari perubahan parameter yang terjadi. Strukturkontroler DOB untuk satu sumbu

ditunjukkan oleh Gambar 5.

Gambar sistem control untuk sumbu


13/18

Q (s) menunjukkan filter lowpass, P(s) menunjukkan plant yang akan dikontrol dan Pn (s)

menunjukkan model nominal. Pada penelitian ini, melalui proses identifikasi dan pemodelan

sistem dapat diketahui model nominalplant yaitu :

Pnx (s) = 0,6435 +20,63 +20,63(12)

Persamaan 12 adalah Persamaan untuk sumbu x, sedangkan model nominal untuk sumbu y

ditunjukkan oleh Persamaan 13.

Pny(s) = 0,1416+3,046+2,94 (13)

Langkah berikutnya dalam mendesain DOB adalah menentukan struktur filter Q. Penentuan

struktur filter Q(s) berkaitan dengan pemilihan orde dan jenis filter yang akan dipakai. Blok

()/() yang terlihat pada struktur DOB di Gambar 5 menentukan orde minimum filter yang

bias digunakan. Oleh karena itu pada penelitian Tugas Akhir ini model nominal plant telah

dipilih sesuai dengan Persamaan maka orde filter yang bisa digunakan minimal filter orde 1.

Jenis filter yang digunakan pada penelitian Tugas Akhir ini adalah filter low-pass Binomial

dengan orde 1. Alasan pemilihan filter orde 1 adalah karena dengan memilih orde yang rendah

maka akan diperoleh struktur yang sederhana dan mampu menghemat waktu komputasi. Struktur

filter Binomial dinyatakan dengan Persamaan 11 dan dengan memasukkan nilai n= 1 dan r = 1

maka akan diperoleh Persamaan filter yang diinginkan, yaitu.

Q(s)= 1+1(14)

Dimana adalah time constant , sehingga dari Persamaan 12, 13 dan 14 dapat diperoleh


14/18

() () = +20,63 +1 (0,6435 +20,63) (15)

() () = +2.94 (+1)(0,1416 +3,046)(16)

D. Simulasi sistemDengan menggunakan kontroler yang telah didesain sebelumnya, dilakukan simulasi untuk

membuat dua tipekontur, yaitu kontur linier dan kontur circular. Denganspesifikasi untuk kontur

linier sepanjang 15 cm dan kontur circular dengan radius 7,5 cm. Pada pengerjaan Tugas

Akhirini software yang digunakan adalah Labview 8.6 dengan versi Student Edition. Untuk

mengukur performansi dari sistem yang telahdidesain digunakan suatu kriteria performansi

Integral AbsolutError (IAE). Pada kriteria performansi ini eror kontur aka ditambahkan terus

menerus atau secara matematis dinyatakan oleh Persamaan 12.

= (18)

1. Struktur tanpa KontrolerUntuk simulasi awal, dilakukan uji coba simulasi sistem tanpa menggunakan kontroler. Ada dua

jenis tipe kontur yang disimulasikan pada bab ini, yaitu kontur linier dan kontur circular. Gambar

6 menunjukkan hasil simulasi kontur linier tanpa kontroler secara keseluruhan dari kedua sumbu

X dan sumbu Y. Untuk menghasilkan simulasi dari kedua sumbu secara bersamaan, sinyal dari

sumbu x dan sumbu y harus melewati proses interpolasi. Proses ini menggunakan perhitungan

yang sama dengan interpolator. Untuk hasil simulasi, dapat dilihat bahwa hasil keluaran dari

sistem jauh lebih pendek jika dibandingkan dengan kontur referensi. Nilai IAE 4,58542


15/18

Gambar linier tanpa control

Hasil simulasi sistem tanpa kontroler untuk kontur circular ditunjukkan pada Gambar 7. Jari- jari

lintasan pada konturcircular yang dihasilkan oleh sistem, jauh lebih kecildibandingkan dengan

jari- jari lintasan kontur referensi. Untukkontur circular, nilai IAE nya sebesar 30,6231

Gambar kontur circle tanpa kontroler


16/18

2. Struktur dengan DOB

Dalam implementasi DOB, nilai time constant (T) dari filter harus di-tuning terlebih dahulu. Dari

hasil tuning, performansi terbaik adalah ketika Tbernilai 0,01 untuk sumbu x dan 0,25

untuk sumbu y.

Gambar kontur linier dengan DOB

Gambar 8 menunjukkan hasil simulasi kontur linier dengan kontroler DOB secara keseluruhan

dari kedua sumbu X dan sumbu Y. Dapat dilihat bahwa hasil keluaran dari sistem sudah mampu

mengikuti lintasan referensi lebih baik dibandingkan dengan tanpa menggunakan kontroler dan

telah mampu mengatasi disturbance yang diberikan. Nilai IAE dari sistem ini dengan kontroler

DOB sebesar 0,294988.

Gambar 9 merupakan hasil simulasi dengan DOB untuk kontur circular menunjukkan

bagaimana sistem lebih mampu mengikuti sinyal referensi jauh lebih baik daripada sistem tanpa

kontroler. Ketika diberi disturbance sistem sudah mampu mengatasinya dengan cukup baik.

Sedangkan nilaiIAE untuk kontur circular sebesar 0,126262.


17/18

Gambar kontur circle dengan DOB

E. kriteria performasi sistem

Secara keseluruhan kriteria performansi dari setiap hasil simulasi ditunjukkan oleh Tabel 1.

Dapat ditunjukkan bahwa dengan ditambahkannya kontroler DOB pada sistem pengaturan

gerakan toolprototipe Mesin CNC sangat mengurangi eror kontur yang ada. Hal ini dibuktikan

dengan nilaiIntegral Absolute Error (IAE ) yang menurun drastis.

Metode control circle Linear

Tanpa controler 30,621 4,58542

DOB 0,126262 0,294988

Hasil perbandingan nilai LAE


18/18

KESIMPULAN

Pada penelitian tugas akhir yang akan dilakukan, metode Disturbace Observer akan disusun

dengan struktur

Decoupled- control yang telah diuji cobakan pada prototype mesin CNC untuk membentuk

kontur linier dan kontur circular. Dari hasil simulasi implementasi , didapatkan kesimpulan

sebagai berikut

MetodeDisturbance Observer mampu mengatasi disturbances yang muncul pada sistem,namun kontur yang dihasilkan masih belum sempurna

Penggunaan DOB pada arsitektur kontrol decoupled yang sederhana untuk sisteminterpolasi dua sumbuterbukti dapat memberikan pengaruh yang baik padapeningkatan

performa system, hal ini ditunjukkandengan menurunnya nilai Integral Absolute Error (

IAE) dari 30,6231 menjadi 0,126262 untuk sumbu circular dan untuk sumbu linier dari

4,58542 menjadi 0,294988.

SARAN

Karena metode DOB yang telah didesain pada Tugas Akhir memakai filter maka kemampuan

sampling dari sistem akan mempengaruhi metode DOB yang dipakai. Selain itu untuk

implementasi masih belum dapat diimplementasikan terkait dengan belum diketahuinya

proses penanaman kontroler pada Labview Manual Driver yang terhubung dengan PCI

1240 Utiliy. Oleh karena itu pada penelitian yang selanjutnya perlu diteliti lebih lanjut

peningkatansampling time terhadap kemampuan performa metode DOB dan dapat dilakukan

proses implementasi sistem terhadap prototipe mesin CNC dengan mengembangkan kode G-

Code.

Tugas Jurnal mesin perkakas

Documents

Transcript of Tugas Jurnal mesin perkakas