23
KONTROL NUMERIK

KONTROL NUMERIK - Gunadarmaarief_nurdini.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/...• Kontrol numerik (numerical control, NC) adalah suatu bentuk otomasi terprogram dimana gerakan mekanik

  • Upload
    others

  • View
    23

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

  • KONTROL NUMERIK

  • DASAR-DASAR TEKNOLOGI NC

    • Kontrol numerik (numerical control, NC) adalah suatubentuk otomasi terprogram dimana gerakan mekanik

    suatu perkakas mesin atau peralatan yang lain

    dikendalikan oleh suatu program yang terdiri dari data

    alpanumerik dalam bentuk kode.

    • Data alpanumerik dinyatakan sebagai posisi relatif

    antara kepalakerja (workhead) dan bendakerja (work-part), juga instruksi lain yang dibutuhkan untuk meng-operasikan mesin.

    • Kepalakerja adalah perkakas potong atau peralatan

    pemrosesan yang lain, dan bendakerja adalah obyek

    yang sedang diproses.

    • Bila pekerjaan telah selesai, program instruksi dapat

    dirubah untuk memproses pekerjaan yang baru.

    • Kemampuan untuk merubah program membuat NC

    sesuai dengan produksi rendah dan medium.

  • Katagori Aplikasi NC

    Aplikasi NC dapat dibagi dalam dua katagori : (1)

    aplikasi perkakas pemesinan dan (2) perkakas non-

    pemesinan.

    • Aplikasi perkakas pemesinan yaitu aplikasi dalam

    proses penggurdian, pemfraisan, pembubutan, dan

    pekerjaan logam yang lain.

    • Aplikasi perkakas non-pemesinan yaitu aplikasi

    dalam proses perakitan, penggambaran (drafting),

    dan inspeksi.

    Pengoperasian NC pada dasarnya adalah pengendalian

    pergerakan kepalakerja realatif terhadap bendakerja.

  • Komponen Dasar Sistem NCSistem NC terdiri dari tiga komponen dasar : (1) program instruksi,

    (2) unit kendali mesin (machine control unit, MCU), dan (3)

    peralatan pemrosesan (processing equipment).

    ProgramMachine

    control unit

    Processing

    equipment

    • Program instruksi; Dalam aplikasi perkakas pemesinan,

    fungsi utama program instruksi adalah untuk memposisikan

    perkakas potong (cutting tool) relatif terhadap posisi

    bendakerja. Instruksi tambahan pada umumnya meliputi :

    kecepatan spindel, laju hantaran, pemilihan perkakas

    potong, dan fungsi-fungsi yang lain. Program instruksi dalam

    bentuk kode dapat disimpan dalam pita berlubang (sekarang

    sudah jarang dipakai), pita magnetik, disket, dan program

    part dari komputer.

  • • Unit kendali mesin (MCU); Dalam teknologi NC modern, MCU

    terdiri dari mikrokomputer dan piranti keras kendali yang

    dapat menyimpan program instruksi dan melaksanakannya

    dengan mengkonversikan setiap perintah ke dalam aktivitas

    mekanik peralatan pemrosesan. Karena MCU adalah kom-

    puter, maka digunakan istilah computer numerical control

    (CNC) untuk membedakan jenis NC ini dengan NC yang biasa

    (NC yang menggunakan penyimpanan data program instruksi

    dalam pita berlubang).

    • Peralatan pemrosesan; Dalam komponen ini dilaksanakan

    tahapan perubahan bentuk awal bendakerja ke bentuk yang

    diinginkan. Operasi ini diarahkan oleh MCU sesuai dengan

    instruksi yang ada dalam program part. Dalam aplikasi

    perkakas pemesinanan, peralatan pemrosesan terdiri dari

    mejakerja, spindel, motor, dan pengendali untuk menjalan-

    kannya.

  • Sistem Koordinat NCUntuk memprogram peralatan pemrosesan NC, sistem sumbu

    standar harus ditentukan untuk memposisikan kepalakerja relatif

    terhadap bendakerja. Terdapat dua sistem sumbu yang digunakan

    dalam NC, yaitu : (1) untuk bendakerja datar dan prismatik, (2)

    untuk bendakerja rotasional. Keduanya menggunakan sistem

    koordinat Cartesian.

    Workpart

    Worktable

    +x-x

    -z

    +z

    +y

    -y

    +b+c

    +a

    +x-x

    +z

    -zWorkpart

    (1) (2)

    • Sistem sumbu untuk bendakerja datar dan prismatik, terdiri

    dari tiga sumbu linear (x, y, z), ditambah tiga sumbu

    rotasional (a, b, c).

  • Dalam aplikasi perkakas mesin, pada umumnya sumbu x dany digunakan untuk menggerakkan dan memposisikan meja-kerja dimana bendakerja ditempatkan, dan sumbu z diguna-kan untuk mengendalikan pemrosesan vertikal perkakaspotong. Skema pemposisian seperti ini digunakan misalnyapada proses penggurdian dan pelubangan (punching) lemba-ran logam. Sumbu rotasional a, b, dan c berturut-turut adalahposisi melingkari sumbu x, y, dan z. Untuk membedakanrotasi positif dengan rotasi negatif, digunakan hukum tangankanan, yaitu ibu jari menunjuk ke arah sumbu linear positif(+x, +y, dan +z), dan lengkungan jari tangan yang lain menun-jukkan arah rotasi positif. Sumbu rotasi dapat digunakanuntuk salah satu atau kedua-duanya dari operasi berikut ini :(1) mengorientasikan bendakerja untuk pemesinan per-mukaan yang berbeda, (2) mengorientasikan perkakas ataukepalakerja pada suatu sudut relatif terhadap bendakerja.Pada umumnya perkakas mesin dengan sumbu rotasi memi-liki empat atau lima sumbu, yaitu tiga sumbu linear dan satuatau dua sumbu rotasi.

    • Sistem sumbu untuk bendakerja rotasional; Sistem iniberhubungan dengan bubut dan pusat pembubutan NC.Dalam hal ini sumbu y tidak digunakan. Jalan perkakaspotong relatif terhadap bendakerja ditentukan dalam bidangx-z, dimana sumbu x adalah lokasi radial perkakas, dansumbu z paralel terhadap sumbu rotasi bendakerja.

  • Nol tetap versus nol ambang

    Yang dimaksud dengan titik nol (zero point) adalah titik asal yang

    merupakan titik pusat sistem koordinat. Seorang programer harus

    menentukan posisi perkakas relatif terhadap titik asal sistem

    koordinat tersebut. Mesin NC mempunyai dua metode untuk

    menspesifikasikan titik nol, yaitu : (1) nol tetap (fixed zero), dan

    (2) nol ambang (floating zero).

    • Nol tetap; Dalam hal ini titik asal selalu terletak pada posisi

    sama terhadap mejakerja, biasanya ditempatkan pada sudut

    kiri depan mejakerja dan semua lokasi perkakas ditentukan

    oleh koordinat positif x dan y.

    • Nol ambang; Dalam hal ini titik asal dapat ditentukan oleh

    operator berdasarkan program part yang dikehendaki.

    Misalnya bila bentuk bendakerja simetris, maka sebaiknya

    titik nol diletakkan pada pusat simetri, sehingga posisi

    perkakas dapat ditentukan oleh koordinat positif atau

    negatif x dan y.

  • Sistem Kontrol GerakanBeberapa proses NC dilakukan pada lokasi diskrit bendakerja

    (mis. penggurdian dan pengelasan titik), dan yang lain dilakukan

    selama kepalakerja bergerak (mis. pembubutan dan pengelasan

    kontinu), sehingga sistem kontrol gerakan untuk NC (dan robot)

    dapat dibagi dalam dua jenis gerakan : (1) jalan titik ke titik (point

    to point path) dan (2) jalan kontinu (continuous path).

    • Sistem jalan titik ke titik, juga disebut sistem pemposisian,

    dilakukan dengan menggerakkan mejakerja ke suatu lokasi

    terprogram tanpa memperhatikan jalan yang ditempuh untuk

    mencapai lokasi tersebut.

    (1)

    +Tool

    starting

    point

    Tool path

    Workpart

    y

    x

    (2)

    y

    x+

    Tool

    starting

    point

    Tool path

    Workpart

    Tool profile

  • Bila pergerakan telah selesai, kemudian pemrosesan dilaku-kan oleh kepalakerja pada lokasi tersebut, seperti padaproses penggurdian dan pelubangan (punching).

    • Sistem jalan kontinu; Pada umumnya mengacu pada sistemyang mempunyai kemampuan untuk mengendalikan pergera-kan secara serentak dan kontinu pada dua atau lebih sumbu-sumbu koordinat. Dalam hal ini, perkakas melakukan prosespemotongan sementara mejakerja bergerak mengikuti jalangaris lurus, melingkar, atau jalan kurvilinear yang lain,sehingga dapat dihasilkan permukaan datar, melingkar,kurve dua dimensi, atau kontour tiga dimensi pada benda-kerja. Berdasarkan sistem pergerakan di atas, kontrol jalankontinu dapat dibagi atas : (a) NC potong-lurus (straight-cutNC) dan (b) NC pengkontouran (contouring NC).

    Model kontrol seperti ini banyak dibutuhkan dalam operasipemfraisan dan pembubutan.

    Straight-cut NC, bila jalan kontinu yang digunakan untukmenggerakkan perkakas sejajar dengan salah satu sumbuutama mejakerja perkakas mesin.

    Contouring NC, bila jalan kontinu digunakan untukkeontrol secara serentak dua atau lebih sumbu dalamoperasi pemesinan.

    (a)

    (b)

  • Metode InterpolasiSalah satu aspek penting dalam sistem kontrol numerik jalankontinu (pengkontouran) adalah interpolasi. Beberapa pembentu-kan dapat ditentukan secara matematik dengan rumus geometriyang relatif sederhana (mis. persamaan lingkaran : x2 + y2 = R2),tetapi beberapa bentuk yang lain tidak dapat ditentukan secaramatematik, jadi harus ditentukan dengan pendekatan.

    Pendekatan jalan suatu kurvedengan menggunakan rangkaiansegmen garis lurus dalam sistemNC disebut interpolasi. Akurasipendekatan dikendalikan dengandeviasi maksimum (disebut tole-ransi) antara kurve nominal(kurve yang diinginkan) danrangkaian segmen garis lurusyang akan dimesin dengan sistemNC. Tole-ransi dapat ditentukandengan tiga cara : (a) toleransihanya diluar kurve nominal, (b)toleransi hanya di dalam kurvenominal, dan (c) toleransi di luardan di dalam kurve nominal.

    Actual curve

    Actual curve

    Actual curve

    Straight line segment

    approximation

    Straight line segment

    approximation

    Straight line segment

    approximation

    Inside tolerance

    Inside

    tolerance

    limit

    Outside

    tolerance

    limit

    Outside

    tolerance

    Tolerance

    band

    (a)

    (b)

    (c)

  • Jenis metode interpolasiBeberapa jenis metode interpolasi yang sering digunakan dalam

    pembentukan jalan kontinu yang halus adalah : (1) interpolasi

    linear, (2) interpolasi sirkular, (3) interpolasi helikal, (4) interpolasi

    parabolik, dan (5) interpolasi kubik.

    • Interpolasi linear; Interpolasi linear merupakan interpolasi

    paling dasar dan banyak digunakan bila harus dibuat jalan

    garis lurus dalam NC jalan kontinu. Dalam praktik interpolasi

    garis lurus dibagi dua yaitu interpolasi dua sumbu dan inter-

    polasi tiga sumbu, tetapi sesungguhnya kedua interpolasi ini

    memiliki konsep yang sama. Programer menspesifikasikan

    titik awal dan titik akhir garis lurus dan laju hantaran yang

    akan digunakan sepanjang garis lurus tersebut. Interpolator

    menghitung laju hantaran setiap dua sumbu (atau tiga

    sumbu) untuk mencapai laju hantaran yang dispesifikasikan.

    • Interpolasi sirkuler; Pemrograman busur sirkuler dapat dila-

    kukan dengan menspesifikasikan parameter berikut : (a)

    koordinat titik awal, (b) koordinat titik akhir, (c) pusat atau

    jari-jari busur, (d) arah pemotong sepanjang busur tersebut.

    Interpolasi sirkuler pada suatu bidang datar dibatasi untuk

    dua sumbu yaitu sumbu x-y, sumbu x-z, atau sumbu y-z.

  • • Interpolasi helikal; Jenis interpolasi ini merupakan

    kombinasi antara skema interpolasi sirkuler untuk dua

    sumbu dengan pergerakan linear pada sumbu ke tiga. Jadi

    jalan helikal ini merupakan ruang tiga dimensi. Interpolasi

    helikal diaplikasi-kan pada proses pemesinan ulir dalam yang

    besar, baik lurus maupun tirus (runcing).

    • Interpolasi parabolik dan (5) interpolasi kubik; Kedua jenis

    interpolasi ini merupakan kurve bentuk bebas, menggunakan

    persamaan order persamaan yang lebih tinggi. Pada

    umumnya membutuhkan daya yang amat komputasional dan

    tidak seumum interpolasi linear dan sirkular. Aplikasi

    terbanyak adalah dalam industri ruang angkasa dan otomotif

    untuk desain bentuk bebas yang tidak dapat secara akurat

    dan memuaskan bila didekati dengan interpolasi linear dan

    sirkuler.

  • Pemposisian absolut versus pemposisian

    inkrementalPemposisian dapat dinyatakan dengan dua cara, yaitu : (1)

    pemposisian absolut (absolut positioning), dan (2) pemposisian

    inkremental (incremental positioning).y

    x50403020100

    10

    20

    30

    40

    50

    20

    30

    (20, 20)

    (40, 50)

    +

    +

    Current

    tool position

    Next tool position

    • Pemposisian absolut, dinyatakan de-

    ngan posisi relatif terhadap titik asal

    sistem koordinat.

    • Pemposisian inkremental, dinyatakan

    dengan posisi relatif terhadap lokasi

    perkakas sebelumnya.

    Contoh gambar di atas, kepalakerja sebelumnya berada pada titik

    (20,20) dan kemudian dipindahkan ke titik (40, 50). Dalam pempo-

    sisian absolut, pergerakan tersebut dispesifikasikan dengan x=40,

    dan y=50; sedangkan dalam pemposisian inkremental pergerakan

    tersebut dispesifikasikan dengan x=20, dan y=30.

  • KONTROL NUMERIK KOMPUTER

    (COMPUTER NUMERICAL CONTROL, CNC)

    CNC adalah sistem NC dimana MCU yang digunakan

    berbasis pada mikrokomputer.

    Fitur (features) CNCFitur yang standar dari sistem CNC adalah pada MCU–nya, sedang

    yang lainnya adalah opsional, yaitu meliputi :

    • Menyimpan lebih dari satu program part; Kontroler CNC

    dapat menyimpan berbagai program dengan kapasitas yang

    cukup memadai.

    • Berbagai bentuk program input; Kontroler CNC dapat

    membaca berbagai macam bentuk program input, seperti

    program pita berlubang, pita magnetik, disket flopi, komuni-

    kasi RS-232 dengan komputer eksternal, dan data input

    manual.

    • Pengeditan program pada perkakas mesin; CNC dapat

    mengedit program part yang ada dalam memori komputer

    MCU.

  • • Siklus tetap dan subrutin pemrograman; Dengan bertam-

    bahnya kapasitas memori dan kemampuan untuk pengendali-

    annya, maka komputer memiliki kesempatan untuk menyim-

    pan data/program yang sering digunakan dalam siklus peme-

    sinan, sebagai makros yang dapat dipanggil oleh program

    part.

    • Interpolasi; Interpolasi linear dan sirkuler dapat dilakukan

    dengan mesin NC biasa, sedang untuk sistem interpolasi

    helikal, parabolik, dan kubik biasanya dilakukan dalam mesin

    yang memiliki program algoritme (komputerisasi); jadi tidak

    bisa dengan NC biasa, harus dilakukan dengan CNC.

    • Fitur-fitur pemposisian untuk setup; Pensetupan perkakas

    mesin untuk suatu bendakerja harus dilakukan sedemikian-

    rupa sehingga sumbu-sumbu mesin sesuai dengan posisi

    bendakerja yang diinginkan.

    • Kalkulasi percepatan dan perlambatan; Fitur ini dibutuhkan

    bila pemotong bergerak dengan laju hantaran (feed rate)

    yang tinggi. Hal ini didesain untuk menghindarkan terjadinya

    cacat pada permukaan bendakerja.

    • Dan lain-lain.

  • MCU untuk CNCMCU terdiri dari komponen dan subsistem berikut ini : (1) pusatunit pemrosesan (central processing unit, CPU), (2) memori, (3)antarmuka I/O (I/O interface), (4) kontrol untuk sumbu perkakasmesin dan kecepatan spindel, dan (5) kontrol urutan untuk fungsiperkakas mesin yang lain.

    Central processing unit

    (CPU)

    System bus

    MemoryROM - Operating systemRAM - Part programs

    Input/output interface

    Operator panel Tape reader

    Squence controls Coolant Fixture clamping Tool changer

    Machine tool controls Position control Spindle speed control

    • Central processing unit (CPU); CPU merupakan otak MCU,

    yang berfungsi untuk mengatur komponen lain dalam MCU

    berdasarkan piranti lunak (software) yang ada dalam memori

    utama.

  • • Memory; Seperti dengan sistem komputer yang lain, memori

    CNC juga dibagi dalam dua katagori, yaitu : (a) memori

    utama, dan (b) memori sekunder. Memori utama juga disebut

    penyimpan primer (primary storage) terdiri dari peralatan

    ROM (read only memory) dan RAM (random access memory).

    Piranti lunak sistem pengoperasian dan program antarmuka

    mesin disimpan dalam ROM (dilakukan oleh manufaktur

    MCU), sedangkan program part disimpan dalam peralatan

    RAM dimana program tersebut dapat dirubah setiap saat.

    Memori sekunder memiliki kapasitas yang besar digunakan

    untuk menyimpan program yang besar dan arsip data, dan

    ditransfer ke memori utama sesuai dengan kebutuhan.

    Memori sekunder dapat berupa disket flopi atau hard disk.

    • I/O interface; I/O interface berfungsi untuk menyiapkan

    komunikasi antara berbagai komponen sistem CNC, sistem

    komputer yang lain, dan operator mesin. I/O interface

    berfungsi sebagai pengirim dan penerima data dan signal ke

    dan dari peralatan eksternal. Seperti tertera dalam gambar,

    I.O interface terdiri dari panel operator (mis. perlatan display,

    keyboard, dsb.) dan pembaca pita (tape reader).

  • • Control for Machine Tool Axes and Spindle Speed; Ini

    merupakan komponen piranti keras yang mengendalikan

    posisi dan kecepatan (feed rate) setiap sumbu mesin, dan

    juga kecepatan rotasi spindel perkakas mesin. Signal yang

    dihasilkan oleh MCU harus dikoversikan ke daya (listrik)

    untuk menjalankan aktuator sistem pengendali posisi.

    • Sequence controls for other machine tool functions; Sebagai

    kontrol tambahan posisi meja, laju hantaran, dan kecepatan

    spindel, beberapa fungsi tambahan dapat dilaksanakan

    dibawah kontrol program part, misalnya pengendalian sistem

    pendingin, pengendalian penggantian perkakas, pengenda-

    lian pengencang penjepit, peringatan emergensi, pengatur

    waktu (timer), dan sebagainya.

  • DNCSebelum CNC ditemukan, DNC merupakan singkatan dari DirectNumerical Control, yaitu sistem pengendalian sejumlah perkakasmesin NC dengan komputer tunggal (mainframe) melalui hubunganlangsung.

    MCU MCUMCU

    Central

    computer

    Bulk memory

    NC programs

    MCU

    Telecommunication lines

    Machine tool

    BTR BTR

    Tape

    reader

    Sebagai pengganti pembaca pita berlubang (punched tape reader)untuk memasukkan program part ke MCU, program ditransmisikanlangsung dari komputer, setiap saat satu blok instruksi. Modeloperasi seperti ini disebut behind the tape reader (BTR).

  • Setelah CNC ditemukan, pengertian DNC menjadi berubah. DNCsekarang merupakan singkatan dari Distributed NumericalControl. Konfigurasi DNC baru hampir sama dengan DNCsebelumnya, kecuali komputer pusat (central computer) dihubung-kan dengan MCU yang juga merupakan komputer. Dalam DNC baruprogram part tidak lagi dikirimkan ke MCU berupa satu blokinstruksi setiap saat, tetapi dikirimkan berupa program part yangmenyeluruh.

    Pengertian DNC yang baru

  • Beberapa keuntungan NC bila digunakan

    dalam jumlah produksi kecil

    • Mengurangi waktu nonproduksi; Penggunaan NC dapatmemperpendek waktu set-up, waktu penanganan benda-kerja, pada beberapa mesin penggantian perkakas dapatdilakukan secara otomatis, dan sebagainya.

    • Mengurangi pekerjaan pengencangan (fixturing); NC membu-tuhkan pekerjaan pengencangan yang lebih sederhana diban-dingkan dengan menggunakan alat bantu, karena pemposisi-an part dilakukan dengan program NC.

    • Mengurangi waktu pengerjaan (reduce lead time); Pekerjaandapat diset-up lebih cepat dengan NC.

    • Fleksibilitas manufaktur lebih besar; NC dapat menyesuaikanlebih baik terhadap perubahan pekerjaan, skedul produksi,dan sebagainya.

    • Penyesuaian terhadap perubahan desain tektik pada benda-kerja lebih mudah; Perubahan sistem pengencangan yangrumit dapat dilakukan dengan merubah program NC.

    • Memperbaiki akurasi dan mengurangi kesalahan manusia; NCsangat sesuai digunakan untuk mengerjakan part yang rumitdimana kemungkinan kesalahan manusia sangat tinggi.

  • Karakteristik pekerjaan yang sesuai

    dikerjakan dengan NC

    (1) Part yang dikerjakan sering dan dalam jumlah kecil hingga

    medium.

    (2) Geometri part rumit.

    (3) Part yang dikerjakan memerlukan akurasi yang tinggi.

    (4) Banyak operasi yang harus dilakukan pada part dalam

    pemrosesannya.

    (5) Banyak membutuhkan pelepasan logam (untuk aplikasi

    pemesinan).

    (6) Dimungkinkan adanya perubahan desain teknik.

    (7) Part yang dibuat harganya mahal, sehingga kesalahan dalam

    pemrosesannya akan dapat menyebabkan kerugian besar.

    (8) Part membutuhkan inspeksi 100%.