1.1 Ruang Lingkup Mesin-mesin Non-Konvensional
Industri manufaktur dewasa ini menuntut kecepatan produksi yang tinggi akibat persaingan global. Kecepatan produksi, akurasi dan kepresisian juga sangat dituntut sebagai bentuk kualitas produk. Oleh karena itu, mesin-mesin non-konvensional telah menggantikan peranan mesin-mesin konvensional yang semakin dirasakan keterbatasannya. Beberapa jenis mesin non-konvensional antara lain mesin dengan erosi bunga api (Electrical Discharge Machining), mesin dengan berkas laser (Laser Beam Machining), mesin dengan jet air (Water Jet Machining) mesin pemotong (Wire Cut Machining), mesin ukur koordinat CMM (Coordinate Measuring Machine), mesin Plasma Arc, mesin CNC dan lain-lain.
Mesin-mesin tersebut di atas dinamakan mesin-mesin perkakas berbasis pengendali/pengontrol numeris atau NC (Numerical Control) yang memerlukan berbagai perangkat lunak berupa program dalam pengoperasiannya, misalnya program Sistem Operasi (Operating System), program-program Kelengkapan (Utility Programs), dan program-program Aplikasi Khusus (Special Application Programs) bagi komputer pengontrolnya.
Mesin-mesin CNC merupakan kelompok mesin yang digolongkan sebagai mesin-mesin non-konvensional karena dalam pengoperasiannya dikendalikan melalui program yang diakses dengan komputer. Di era komputerisasi ini mesin-mesin perkakas berbasis komputer kemajuannya sangat pesat karena dituntut untuk mampu membuat produk dengan kecepatan produksi yang tinggi dengan ketelitian dan kualitas yang maksimal. Saat ini penggunaan mesin-mesin CNC sudah bukan sesuatu yang asing bagi dunia Industri, karena mesin tersebut merupakan asset vital yang digunakan dalam proses produksi untuk menghasilkan produk massal atau pembuatan komponen-komponen lainnya yang memerlukan tingkat ketelitian (accuracy) dan kepresisian (precision) yang tinggi.
Teknologi komputer yang digunakan dalam proses produksi meliputi perangkat keras dan lunak (hardware dan software) yang dirangkaikan dengan mesin sedemikian rupa untuk memproses data masukan dan sebagai alat pengendali pergerakan tools dari mesin perkakas serta merupakan pengontrol proses sistem permesinan secara keseluruhan yang sangat akurat dan presisi, sehingga mesin-mesin non-konvensional ini dapat bekerja dengan produktif dan penggunaannya lebih fleksibel.
Mesin-mesin non-konvensional yang digunakan pada proses permesinan (Manufacturing Process) dimulai dari penanganan bahan baku seperti pemotongan bahan, proses pengerjaan produk, sampai dengan proses finishing dan pengukuran dimensi produk. Penggunaan mesin-mesin modern seperti ini sangat berbeda dengan mesin-mesin konvensional, karena mesin-mesin ini dapat bekerja secara mandiri atau dilengkapi dengan peralatan bantu seperti robot menjadi satu set mesin produksi (Machining Cell).
Beberapa machining cell dapat digabung dengan peralatan transportasi otomatik atau peralatan mekanik lainnya menjadi suatu sistem terpadu yang lebih fleksibel. Sistem terpadu ini diterapkan pada industri-industri manufaktur modern yang dikenal dengan nama FMS (Flexible Manufacturing System).
Konsep dasar dari proses produksi dalam suatu industri manufaktur modern dimulai dari ide/konsep suatu produk dituangkan ke dalam perancangan teknik (Engineering Design) yang diikuti dengan penggambaran atau drafting, dimana proses perancangan teknik dan drafting termasuk dalam kelompok CAD (Computer Aided Design). Selanjutnya dibuat perencanaan proses (Process Planning) dan penjadwalan (Scheduling) yang dikelompokkan ke dalam CAPP (Computer Aided Process Planning) baru kemudian dilakukan proses permesinan (Manufacturing Process). Produk yang dihasilkan harus melalui pemeriksaan kualitas (Quality Control) sebelum dijual ke pelanggan atau pasar. Siklus proses produksi tersebut dapat dilihat urut-urutannya dalam gambar berikut.
CAPP
CAM
CAD : Computer Aided Design (Drafting)
CAPP : Computer Aided Process Planning
CAM : Computer Aided Manufacturing
Gambar 1.1 Siklus Produk (Product Cycle)
Produk yang dihasilkan tidak selamanya harus baru, akan tetapi umumnya merupakan modifikasi dari produk-produk sebelumnya. Dalam hal ini dikenal 4 (empat) jenis tahapan dalam proses produksi, yaitu:
1. Imitasi
2. Modifikasi
3. Inovasi
4. Invensi
Imitasi, adalah tahapan tiruan produk asli yang umumnya dilakukan dengan cara membuat produk sejenis dengan karakteristik yang diusahakan sama dengan produk aslinya. Pembuatan produk imitasi secara massal terutama ditujukan untuk alih teknologi dan memenuhi kebutuhan pasar akan produk-produk dengan harga yang lebih murah (industri manufaktur di negara China, Korea, dan Taiwan).
Modifikasi, adalah tahapan perbaikan produk sebelumnya agar menjadi produk yang lebih baik. Perbaikan-perbaikan yang dilakukan untuk mengatasi kekurangan-kekurangan produk sebelumnya menyangkut segi bentuk atau dimensi maupun fungsi dari produk tersebut.
Inovasi, adalah tahapan pengembangan baru atau terobosan baru, berdasarkan produk yang sudah mengalami perbaikan atau modifikasi, akan tetapi produk tersebut lebih disempurnakan lagi sehingga pengembangan pembuatan produk baru ini dapat dapat melahirkan suatu produk dengan sistem baru, seperti penggunaan secara manual menjadi otomatis.
Invensi, adalah tahapan pembuatan produk yang baru samasekali, belum pernah dibuat sebelumnya, dan biasanya teknologi produk baru ini memiliki keunggulan jauh lebih baik dibandingkan produk sebelumnya. Produk temuan baru ini pada umumnya didaftarkan pada Paten industri.
1.2 Pengertian mesin-mesin CNC
Pengertian singkat mesin CNC dapat kita lihat dari arti CNC itu sendiri, yakni ComputerNumerically Controlled sehingga dapat diartikan sebagai suatu mesin yang dikontrol oleh komputer dengan menggunakan bahasa pemograman numerik (angka dan huruf) sebagai perintah gerakan.
Mesin CNC adalah mesin perkakas yang pengoperasiannya dikendalikan melalui program yang diakses dengan komputer. Secara garis besar program permesinan berupa input datayang diolah pada software komputer diteruskan ke unit pengendali yang berfungsi mengubah sinyal elektronik menjadi gerakan mekanis, kemudian gerakan tersebut diteruskan ke mesin perkakas untuk melakukan operasi permesinan.
Untuk mengoperasikan mesin CNC diperlukan suatu pengetahuan bahasa pemrograman yang dimengerti oleh mesin CNC itu sendiri karena mesin CNC tidak memahami bahasa manusia. Oleh karena itu, kita harus menyusun data masukan secara teratur dalam bahasa pemrograman yang dipahaminya agar mesin CNC dapat memproses informasi data yang diberikan.
Pengoperasian mesin CNC akan berjalan secara otomatis dari awal hingga selesai apabila kita memasukkan data pemrograman dengan benar, karena semua data yang masuk akan tersimpan di memori komputer. Data-data program yang dimasukkan adalah data program perintah gerakan permesinan yang telah tersusun dengan bahasa pemrograman yang benar. Bahasa pemrograman yang digunakan berupa bahasa numerik, yaitu kombinasi huruf dan angka yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat mesin CNC tersebut.
Pemrograman yang dibuat bermakna kita memberikan data kepada computer yang dapat dipahami olehnya. Dengan kata lain, kita menyuapi computer, menyusun data dalam urutan yang teratur dan dalam bahasa pemrograman yang dikenali dan dipahaminya sehingga dapat memproses data tersebut.
Gambar 1.2 Pengoperasian mesin CNC menggunakan bahasa pemrograman
1.3 Sejarah Perkembangan
Tahun 1952 adalah awal penggunaan mesin perkakas yang dikendalikan dengan program yang dikenal dengan NC (Numerically Controlled). Dimulai di Amerika Serikat oleh John Pearson dan Massachusset Institute of Technology yang bekerja untuk US Air Force pada tahun 1970 merupakan era baru dalam perkembangan mesin NC tersebut.
Seiring dengan perkembangan teknologi semikonduktor/mikroprosesor, maka berkembang pula sistem kendali/kontrol yang diterapkan. Selanjutnya terciptalah sistem kendali yang berbasis komputer yang kemudian dikenal dengan nama mesin CNC (Computerized Numerically Controlled Machine). Berbeda dengan pendahulunya, pada mesin-mesin CNC ini telah digunakan mikroprosesor yang dapat mengakses data jauh lebih banyak dan lebih cepat.
Perkembangan selanjutnya dikenal mesin-mesin DNC (Direct Numerically Controlled) dan ANC (Adaptive Numerically Controlled) yang lebih canggih dan terintegrasi untuk produksi massal pada indusrtri-industri besar.
Pada awal perkembangannya, mesin-mesin CNC merupakan mesin yang tergolong langka dan sangat mahal harganya, akan tetapi saat ini penggunaan mesin-mesin CNC di industri manufaktur cenderung semakin meluas. Hal ini dikarenakan:
· Tuntutan kualitas produksi
· Tuntutan produktivitas
· Harga mesin yang semakin murah
Dibandingkan dengan mesin perkakaks konvensional yang digerakkan secara manual atau semi otomatis maka mesin CNC mempunyai beberapa kelebihan, antara lain:
· Teliti (accurate)
· Tepat (precision)
· Luwes (flexibility)
· Cepat (productive)
Sama halnya dengan mesin perkakas konvensional, banyak ragam mesin CNC sesuai dengan fungsi serta proses permesinan yang dilaksanakan antara lain:
1. Mesin Bubut (Turning)
2. Mesin Frais (Milling)
3. Mesin Cutter (Boring)
4. Mesin Bor (Drilling)
5. Mesin Gerinda (Grinding) dsb
Dewasa ini telah banyak pabrik pembuat mesin yang mengeluarkan produk mesin CNC dengan berbagai merek misalnya:
1. EMCO (Austria)
2. SIEMEN, FANUC PFAUTER (Jerman)
3. MIKRON RISCHKA CSEPEL (Hungaria)
4. TOYODA MITSUBISHI NISSINBHO (Jepang)
5. CELTIC (Belgia) dsb
Bahkan Indonesia pun sudah merintis pembuatan mesin CNC, hasil kerjasama antara PT. PINDAD dan FANUC. Produknya adalah mesin CNC dengan merek dagang FANUC.
Mesin CNC Emco buatan negara Austria, secara garis besar terdiri dari:
1. Unit Pelatihan (Training Unit) yaitu:
a. Compact 5
b. TU-2A
c. TU-3A
2. Unit Produksi (Production Unit), yaitu:
a. Kecil: 1). ET-120
2). VMC-100
b. Menengah: 1). PU-2A dan PU-3A
2). ET 242 dan VMC 200
c. Besar: 1). ET 360
2). VMC 400 dsb
Pada materi pembelajaran mata kuliah Teknik Produksi PNC-I ini pembahasan dibatasi pada mesin CNC turning dan milling Training Unit (TU-2A dan TU-3A), sedangkan pembahasan mesin CNC turning dan milling Production Unit (ET-120/242 dan VMC 100/242) dibahas pada mata kuliah Teknik Produksi PNC-II.
1.4 Prinsip Kerja dan Komponen Utama Mesin CNC
Secara garis besar prinsip kerja mesin CNC meliputi 3 (tiga) bagian utama, yaitu (1) program permesinan, berupa input data yang tersusun dan teratur sebagai perintah gerakan pahat untuk diolah pada software komputer sesuai bahasa pemrograman mesin yang selanjutnya diteruskan ke bagian (2) unit pengendali, yang berfungsi mengubah sinyal elektronik menjadi gerakan mekanis, kemudian gerakan tersebut diteruskan ke bagian (3) mesin perkakas, untuk mengeksekusi gerakan pahat berupa operasi permesinan.
Masukan berupa input data pemrograman diproses pada bagian penyimpan data kemudian keluaran data melalui prosesor. Bila dilakukan proses permesinan dengan menekan tombol start, maka pada bagian memori Eprom akan memberikan sinyal ke prosesor untuk diteruskan ke memori Ram. Setelah data tersimpan pada Ram diteruskan ke prosesor yang berfungsi mengontrol dan mengkoordinir data, selanjutnya diteruskan ke unsur keluaran antar komponen berupa sinyal elektronik yang diubah menjadi gerakan mekanis yang tertentu sesuai data pemrograman, seperti besar dan arah putaran spindel utama, pergerakan eretan membawa pahat dan seterusnya ke alamat (adress) yang dituju, yaitu titik-titik koordinat sumbu X dan Y untuk mesin turning, atau koordinat sumbu X, Y, dan Z untuk mesin milling. Setelah selesai mengeksekusi satu blok program, maka data selanjutnya dikonfirmasi ke prosesor untuk mengeksekusi blok program berikutnya sampai semua data masukan diselesaikan.
Sebagai ilustrasi, gambar berikut menjelaskan secara kronologis proses pengoperasian mesin CNC yang dimulai dari masukan data sampai eksekusi program per blok yang ditandai dengan tampilan pembacaan digital pada monitor.
Gambar 1.3 Prinsip pengoperasian mesin CNC
Komponen utama mesin CNC terdiri atas 2 (dua) bagian besar yaitu bagian mekanik dan bagian pengontrol/pengendali.
1. Bagian Mekanik
Adalah semua komponen mekanis yang fungsi utamanya berkaitan langsung dengan proses permesinan. Komponen tersebut antara lain kepala tetap, kepala lepas, landasan mesin, eretan, motor penggerak, pemegang pahat, poros penghantar, unit transmisi dan sebagainya.
2. Bagian Pengontrol
Adalah komponen mekanis yang fungsi utamanya untuk mengendalikan dan mengatur berlangsungnya proses permesinan. Terdiri atas panel kontrol dengan berbagai saklar dan tombol yang berfungsi antara lain mengaktifkan mesin, memutar dan mengatur putaran spindel utama, menggerakkan eretan, memutar tool turret, membuat dan mengontrol program, mengatur pelayanan disket dan sebagainya.
Fungsi-fungsi di atas dapat dilaksanakan karena adanya peralatan elektronika di dalam panel berupa modul-modul papan rangkai (board). Modul-modul tersebut antara lainCPU board, main spindle board, power supply board, step motor board, disk drive board dan sebagainya
Bagian di dalam komputer yang terpenting adalah CPU (Central Processing Unit) karena disinilah semua masukan diproses. Selain CPU ada bagian penting lain bernama memori yang berfungsi sebagai tempat menyimpan data. Terdapat dua jenis memori:
1. Rom/Eprom (Read Only Memory/Erasable Programmable Read Only Memory) adalah tempat untuk menyimpan data secara permanen sehingga tidak mudah hilang.
2. Ram (Random Access Memory) adalah tempat menyimpan data sementara, yaitu data-data yang akan diakses.
