Machine Tool Design By Nk Mehta Solutions

Article PDF Available

Desain dan Implementasi Sistem Kendali CNC Router Menggunakan PC untuk Flame Cutting Machine

Abstract

Abstrak Makalah ini membahas tentang desain sistem kendali router berbasis computer numerical control (CNC) menggunakan personal computer (PC), untuk diimplementasikan di flame cutting machine (FCM). NC-Code yang diinputkan ke komputer diterjemahkan menjadi sinyal perintah yang dikirimkan PC ke microcontroller untuk mengendalikan gerakkan end effector mesin pada sumbu X dan sumbu Y secara simultan berdasarkan hasil perhitungan interpolasi linier dan interpolasi sirkular pada PC. Sistem kendali ini diimplementasikan pada FCM dengan menghubungkan output kendali dari microcontroller dengan driver aktuator FCM berupa motor DC. Hasil yang diperoleh berupa suatu prototipe sistem kendali router CNC untuk diimplementasikan di FCM dan mampu melakukan interpolasi linier dan interpolasi sirkular. Kata kunci: kontrol CNC, CNC based PC, routerCNC. Abstract This paper focuses on design of router control systems based on computer numerical control (CNC) using personal computer (PC) implemented in flame cutting machine (FCM). NC-Code entered into the computer translated to be a command signal sent by the PC to a microcontroller to control the end effector's movement along the X and Y axis simultaneously based on linear and circular interpolations calculation on the PC. This control system is implemented on FCM by connecting the output control of the microcontroller with the driver actuator of the FCM in the form of a DC motor. The obtained result is in the form of a CNC router control system prototype to be implemented in the FCM which is capable to perform linear interpolation and circular interpolation.

Discover the world's research

20+ million members
135+ million publications
700k+ research projects

Join for free

Author content

All content in this area was uploaded by Roni Permana Saputra on Jun 12, 2015

Content may be subject to copyright.

Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology

Vol. 02, No 1, pp 41-50, 2011 ISSN 2088-6985

DESAIN DAN IMPLEMENTASI S ISTEM K ENDALI CNC ROUTER

MENGGUNAKAN PC UNTUK FLAME CUTTING MACHINE

Roni Permana Saputra1 , Anwar Muqorrobin1 , Arif Santoso1 , Teguh Pudji Purwanto2

1Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik - LIPI

Komp. LIPI Bandung, Jl Sangkuriang, Gd 20, Lt 2, Bandung,

Jawa Barat 40135, Indonesia.

permana.saputra@yahoo.co.id

2Jurusan Teknik Mesin dan Industri – Universitas Gadjah Mada

Jl. Grafika No. 2, Yogyakarta 55281, Indonesia

teguhpp@yahoo.com

Diterima: 13 April 2011; Direvisi: 25 April 2011; Disetujui: 2 Mei 2011;

Terbit online: 7 Juli 2011.

Abstrak

Makalah ini membahas tentang desain sistem kendali router berbasis computer numerical control (CNC)

menggunakan personal computer (PC), untuk diimplementasikan di flame cutting machine (FCM). NC-Code yang

diinputkan ke komputer diterjemahkan menjadi sinyal perintah yang dikirimkan PC ke microcontroller untuk

mengendalikan gerakkan end effector mesin pada sumbu X dan sumbu Y secara simultan berdasarkan hasil

perhitungan interpolasi linier dan interpolasi sirkular pada PC. Sistem kendali ini diimplementasikan pada FCM

dengan menghubungkan output kendali dari microcontroller dengan driver aktuator FCM berupa motor DC. Hasil

yang diperoleh berupa suatu prototipe sistem kendali router CNC untuk diimplementasikan di FCM dan mampu

melakukan interpolasi linier dan interpolasi sirkular.

Kata kunci: kontrol CNC, CNC based PC , routerCNC .

Abstract

This paper focuses on design of router control systems based on computer numerical control (CNC) using

personal computer (PC) implemented in flame cutting machine (FCM). NC-Code entered into the computer

translated to be a command signal sent by the PC to a microcontroller to control the end effector's movement along

the X and Y axis simultaneously based on linear and circular interpolations calculation on the PC. This control

system is implemented on FCM by connecting the output control of the microcontroller with the driver actuator of

the FCM in the form of a DC motor. The obtained result is in the form of a CNC router control system prototype to

be implemented in the FCM which is capable to perform linear interpolation and circular interpolation.

Keywords: CNC control, CNC based PC, router CNC.

I. PENDAHULUAN

Aplikasi teknologi computer numerical

control (CNC) dewasa ini telah berkembang

luasuntuk mesin-mesin perkakas di industri

manufaktur yang membutuhkan keunggulan

dalam hal fleksibilitas, akurasi, dan kemampuan

pengulangan dibandingkan mesin konvensional

[1]. Mesin ini harus mampu mengulang

gerakanidentik dengan jumlah banyak dengan

ketelitian tinggi. Mesin CNC bekerja berdasarkan

NC-Codeyang diinputkan oleh operator pada

perangkat kendalinya [2]. Jika suatu program

telah dibuat untuk membuat suatu produk, maka

operator hanya tinggal mengulangi proses

running dari program itu sebanyak produk yang

ingin dihasilkan.

Salah satu jenis mesin yang mengunakan

teknologi CNC ialah mesin pemotong plat

dengan berbagai macam model alat irisnya,

diantaranya flame cutting machine produk L-

Tech Peacemaker yang terdapat dilaboratorium

CNC Teknik Mesin UGM [3]. Mesin ini

memiliki kemampuan memotong platdengan

kontur sesuai dengan program CNC yang

diinputkan. Mesin ini mengalami kerusakan pada

sistem pengontrol CNC, sehingga tidak dapat lagi

dioperasikan. Salah satu kendala yang ada adalah

sulit dan mahalnya suku cadang mesin.

Sementara itu, saat ini sudah banyak

dikembangkan penelitian mengenai pengendalian

mesin CNC berbasis PC. Hal ini banyak

dilakukan untuk menghasilkan mesin CNC yang

lebih murah, serta dengan suku cadang yang

mudah didapat [4] [5].

Untuk itu, pada penelitian ini dilakukan

desain sistem kendali router berbasis CNC

menggunakan PC dengan tetap mempertahankan

metode pengendalian mesin dengan NC-Code

untuk dapat diimplementasikan di flame cutting

Desain dan Implementasi Sistem Kendali CNC Router Menggunakan PC untuk Flame Cutting Machine

(Roni Permana Saputra, Anwar M., Arif S., Teguh P.P.) JMEV 02 (2011) 41-50

machine. Adapun tujuan dari penulisan makalah

ini adalah untuk melaporkan unjuk kerja dari

hasil desain sistem kendali diatas dengan

melakukan eksperimen di laboratorium

II. TEORI

Pada perancangan ini, mesin yang

dikendalikan berupa mesin CNC flame cutting

machine dengan geometri kartesian yang

memiliki gerakan end effector mesin dalam dua

arah yang independen, yaitu arah x, dan arah y.

Untuk mengatur gerakan kedua aktuator secara

simultan dilakukan dengan interpolasi linear

untuk membentuk garis lurus, dan interpolasi

sirkular untuk membentuk busur lingkaran

A. Interpolasi Linear

Untuk menghasilkan garis lurus, digunakan

pendekatan dengan runtutan gerakan-gerakan

pendek yang terkoordinasi oleh sistem

pengendali. Metode runtutan gerakan-gerakan ini

dinamakan quasi continuous movement [6].

Untuk menggerakkan end effektor membentuk

garis lurus dari titik (x1,y1) ke titik (x2,y2), end

effektor digerakkan nx step dalam arah sumbu x

dan ny step dalam arah sumbu y [6]. Untuk nilai

gradien positif, apabila koordinat posisi end

effector saat ini berada diatas kurva, maka step

gerakan berikutnya adalah ke kanan, dan apabila

kooordinat posisi alat potong saat ini berada di

bawah kurva, maka step gerakan motor

berikutnya adalah ke atas. Untuk gradien garis

negatif, gerakan end effector ke arah sebaliknya.

Metode yang dijelaskan pada bagian ini disebut

dengan metode Direct Function Estimation

Method (Metode DFE) [7].

B. Interpolasi Sirkular

Interpolasi sirkular digunakan untuk

membentuk busur lingkaran. Proses pembuatan

busur lingkaran ditunjukkan pada Gambar 1.

Busur lingkaran dapat dinyatakan dengan

menentukan titik awal (x1,y1), titik akhir (x2,y2),

arah putar dan posisi relatif pusat lingkaran

terhadap titik awal (i,j). Maka busur lingkaran

yang dimaksud ditunjukkan pada Gambar 1a [6].

Nilai a merupakan posisi sudut titik awal

(x1,y1) terhadap titik pusat busur lingkaran. Nilai

b merupakan posisi sudut titik akhir (x2,y2)

terhadap titik pusat busur lingkaran. Nilai θ

merupakan posisi sudut titik-titik sepanjang busur

(xn,yn) terhadap titik pusat busur.

Busur lingkaran pada Gambar 1 didekati

dengan poligon bersegi banyak seperti pada

Gambar 1b [6]. Pada Gambar 1b diperlihatkan

bahwa untuk mendapatkan busur lingkaran yang

mulus dapat dilakukan dengan membuat segmen

garis sekecil mungkin sedemikian rupa sehingga

nilai t yang diperoleh berupa toleransi. Untuk

membuat segmen garis poligon dari busur

lingkaran dilakukan dengan membagi busur

lingkaran dengan sudut θ menjadi juring-juring

dengan sudut g. Maka akan dihasilkan segmen-

segmen garis dimana segmen garis ke-n memiliki

koordinat titik awal (xn-1, yn-1) dan koordinat

titik akhir (xn,yn). Setelah diperoleh titik awal

dan titik akhir segmen garis poligon tersebut,

kemudian dilakukan interpolasi linier [6].

C. Pengendalian Mesin Menggunakan NC-

Code

Mesin CNC bekerja untuk memotong benda

kerja dengan lintasan pemotongan sesuai dengan

kode-kode numerical control yang telah diberikan

yang dikenal dengan NC-Code . NC-Code yang

digunakan pada perancangan sistem kendali pada

penelitian ini ditunjukkan pada Tabel 1 [6].

III. PELAKSANAAN PENELITIAN

Penelitian ini terdiri dari tahap perancangan

sistem pengendali router CNC yang terdiri dari

perangkat keras dan perangkat lunak, pengujian

linieritas, pengujian repeatabilitas, pengujian

interpolasi linear, dan pengujian interpolasi

sirkular. Diagram blok dari sistem kendali yang

dibuat, ditunjukkan pada Gambar 2.

(a)

(b)

Gambar 1. Proses pembuatan busur lingkaran(a) Parameter-parameter pada busur lingkaran, (b) Poligon pendekatan

busur lingkaran.

ournal o

Vol. 02,

Tabel 1.

Daftar N

Kode

G00

G01

G02

G03

G04

G10

G11

G20

G21

G30

G31

G90

G91

M00

M30

Mechatronics,

o 1, pp 41-50,

-Code.

ksekusi

nterpolasi lin

imensi norm

nterpolasi sir

engan dimen

nterpolasi sir

engan dimen

aktu penun

itentukan de

nterpolasi lin

imensi panja

nterpolasi lin

imensi pend

nterpolasi sir

engan dimen

nterpolasi sir

engan dimen

nterpolasi sir

engan dimen

nterpolasi sir

engan dimen

emrograman

rogram berh

ombol jalank

khir dari pr

Electrical Po

011

dilakukan

ar tanpa pe

ar dengan p

ular cw den

si normal

ular ccw de

si normal

aan dengan l

gan nilai F

ar dengan p

g (10x)

ar dengan p

ular cw den

si panjang(10

ular cw den

si pendek

ular ccw de

si panjang (1

ular ccw de

si pendek

dimensi abs

dimensi inkr

nti sampai d

gra

Gambar

, and Vehic

otongan

motongan de

an pemotong

gan pemoton

manya wakt

motongan de

an pemotong

gan pemoton

mental

tekan kembal

. Skema rang

lar Technolog

gan

kaian elektro

ambar 2. Di

oute

CNC.

. Peranc

Perangka

NC ini be

ang terinte

ktuator. Ak

otor DC

umbu X d

ada siste

icrocontro

ebagai pen

C, dan rot

ambar 3

angkaian el

NC.

icrocon

emudian m

gar end

iperintahka

ik pengenda

gram blok r

ngan Pera

keras sis

upa PC da

rasi untuk

uator yang

ang masin

n sumbu Y

ini ber

untuk

endali, ran

ry encode

menunjukk

ektronika s

trolle

men

icrocontroll

fecto

. Sinyal

i router CN

ncangan sist

gkat Kera

em penge

rangkaian

elakukan

ikendalika

-masing m

. Rangkaia

pa rangk

omunikasi

kaian peng

untuk

eed

n skema

stem penge

rima data p

r mengakti

erak ke

eed back

SN 2088-698

engendal

dali route

elektronik

engendalia

berupa du

nggerakka

elektronik

ian siste

dengan P

erak moto

bac

posisi

keseluruha

dali route

sisi dari P

an aktuato

osisi yan

dari rotar

Desain dan Implementasi Sistem Kendali CNC Router Menggunakan PC untuk Flame Cutting Machine

(Roni Permana Saputra, Anwar M., Arif S., Teguh P.P.) JMEV 02 (2011) 41-50

Gambar 4. Algoritma perangkat lunak kendalidi

microcontroller.

encoder diterima oleh microcontroller untuk

memastikan end effector telah bergerak ke posisi

yang tepat.

Perangkat lunak di komputer berfungsi untuk

menerjemahkan NC-Code yang diinputkan

dengan proses interpolasi linier atau interpolasi

sirkular berdasarkan input program NC-Code dan

sebagai antar muka antara operator dengan mesin.

Pada Gambar 5, ditunjukkan algoritma proses

interpolasi linier dan interpolasi sirkular pada

komputer.

Untuk interpolasi linier (Gambar 5a), input

yang dibutuhkan nilai koordinat tujuan (x2,y2).

Sedangkan nilai koodinat awal (x1,y1) sudah

tersimpan di memori. Dari input tersebut

kemudian dihitung nilai gradien (m) [7].

Kemudian dari gradien tersebut bisa dihitung

nilai fungsi etimasi dari titik sesaat end effector

[7]. Dari perhitungan fungsi estimasi dan nilai

dari Δ x, ditentukan pergerakan end effector kekiri,

kanan, atas, atau bawah yang selanjutnya sinyal

kendali tersebut dikirimkan PC ke

microcontroller.

Untuk interpolasi sirkular (Gambar 5b), input

yang dibutuhkan koordinat tujuan (x2,y2), arah

busur, dan posisi titik pusat (i,j). Dari nilai input

(a)

(b)

Gambar 5. Diagram alir perangkat lunak kendali di PC(a) Di agram alir interpolasi linier (b) Diagram alir interpolasi

sirkular.

Mulai

Baca data

sinyal kendali

dari PC

Aktifkan aktuator

(motor x dan motor y)

Baca feedback posisi

dari rotary encoder

Posisi OK?

Matikan aktuator

(motor x dan motor y)

Selesai

Tidak

Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology

Vol. 02, No 1, pp 41-50, 2011 ISSN 2088-6985

tersebut dihitung nilai jari jari R [6]. Selanjutnya

dihitung nilai α dan β [6]. Nilai θ merupakan

selisih dari α dan β seperti pada Gambar 4.

Selanjutnya untuk membagi busur menjadi

poligon, nilai γ dihitung sebagai sudut pembagi

[6]. Setelah didapat poligon segi-n, dihitung nilai

koordinat tiap-tiap ruas garis poligon tersebut

(xn,yn) [6]. Setelah didapat koordinat masing-

masing ruas garis poligon tersebut, tinggal

dilakukan interpolasi linier sesuai diagram alir

pada Gambar 5a.

Selain sebagai kendali utama, PC juga

digunakan sebagai sarana perantara antara

operator dengan sistem pengendali, dimana

operator akan menginputkan program NC-Code

untuk menggerakkan mesin ke PC. Maka dibuat

tampilan User Interface di PC. Tampilan user

interface dirancang sedemikian hingga dapat

menampilkan layar yang memuat NC-Code yang

diimputkan, hasil kompile, dan gambar simulasi

pergerakan mesin dari program yang diinputkan.

Selain layar tersebut, user interface juga

dirancang agar panel kendali yang terdapat

didalamnya mudah untuk mengoperasikan mesin.

B. Pengujian Linieritas

Pengujian linieritas dilakukan dengan

menginputkan program gerakan lurus sepanjang

50 mm sampai dengan 200 mm secara bertahap

pada sistem kendali untuk gerakkan arah sumbu x

dan sumbu y. Gambar 6 menunjukkan proses

pengujian gerakan end effector mesin.

Setelah mesin dijalankan, end effector mesin

yang telah dipasangi spidol dan diletakkan white

board di bawahnya seperti terlihat pada Gambar 6

Gambar 6. Pengujian gerakan end effector mesin.

akan melakukan gerakkan sesuai progam yang

diinputkan. Selanjutnya pergerakan end effector

mesin yang tergambar di whiteboard diukur

panjang gerakkan aktual yang terbentuk

berdasarkan gambar tersebut, kemudian dihitung

koefisien regresi linier dari nilai-nilai terukur

tersebut.

C. Pengujian Repeatabilitas

Pengujian repeatabilitas dilakukan dengan

menginputkan program gerakan lurus sepanjang

100 mm berulang-ulang sebanyak seratus kali.

Selanjutnya pergerakan end effector mesin yang

tergambar di white board diukur panjang

gerakkan aktualnya, kemudian dihitung

simpangan standar deviasi dari nilai terukur

tersebut.

D. Pengujian Interpolasi Linier

Pengujian kemampuan interpolasi linear

dilakukan dengan menginputkan program NC-

Code untuk membentuk suatu pola yang terdiri

dari garis-garis lurus. Kemudian, NC-Code ang

telah diinputkan tersebut disimulasikan dan

dieksekusi untuk kemudian diamati hasilnya.

E. Pengujian Interpolasi Sirkular

Pengujian kemampuan interpolasi sirkular

dilakukan dengan menginputkan program NC-

Code untuk membentuk suatu pola yang terdiri

dari busur-busur lingkaran.Kemudian, NC-Code

yang telah diinputkan tersebut disimulasikan dan

dieksekusi untukkemudian diamati hasilnya.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari penelitian ini, dihasilkan sistem

pengendali router berbasis CNC untuk

diimplementasikan di flame cutting machine .

Pada Gambar 7 ditunjukkan tampilan user

interface sistem kendali di PC.

Tampilan layar utama sistem kendali (Gambar

7a) terdiri dari layar input yang berfungsi untuk

memasukan input program NC-Code yang akan

disimulasikan ataupun dieksekusi, dan layar

output berfungsi untuk menampilkan baris

program yang sedang dieksekusi. Jika program

NC-Code yang telah diinputkan disimulasikan,

maka akan muncul tampilan layar simulasi

(Gambar 7b) yang menunjukkan simulasi

gerakan end effector mesin sesuai dengan NC-

Code yang diinputkan.

Fungsi dari tombol-tombol yang terdapat pada

tampilan utama sistem kendali ditunjukkan pada

Tabel 2. Selanjutnya, hasil pengujian linearitas

positioning end effector mesin ditunjukkan pada

Tabel 3 dan Gambar 8.

Desain dan Implementasi Sistem Kendali CNC Router Menggunakan PC untuk Flame Cutting Machine

(Roni Permana Saputra, Anwar M., Arif S., Teguh P.P.) JMEV 02 (2011) 41-50

(a)

(b)

Gambar 7. Tampilan user interface sistem kendali di PC (a) Tampilan layar utama, (b) Tampilan layar simulasi.

Tabel 2.

Fungsi tombol-tombol pada tampilan utama sistem kendali.

Tombol Fungsi Tombol Fungsi

Kelompok tombol ini berfungsi

untuk proses input data program

NC-Code ke dalam PC.

Tombol simulasi berfungsi untuk

melakukan simulasi program NC-Code

yang diinputkan.

Kelompok tombol ini berfungsi

untuk proses pengecekan program

NC- Code dari kemungkinan error.

Kelompok tombol ini berfungsi untuk

melakukan eksekusi, pause, dan

menghentikan eksekusi program NC-Code

yang diinputkan.

Option button ini berfungsi untuk

memilih metode pemrograman yang

digunakan antara sistem inkrimental

dan sistem absolut.

Kelompok tombol ini berfungsi untuk

menggerakkan end effector secara manual

(tanpa NC-Code )ke empat arah yaitu arah

X+, X-, Y+, dan Y-.

Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology

Vol. 02, No 1, pp 41-50, 2011 ISSN 2088-6985

Tabel 3.

Data hasil pengujian linearitas.

Sumbu x Positif (mm) Sumbu x Negatif (mm) Sumbu y Positif (mm) Sumbu y Negatif (mm)

Setting Nilai terukur Setting Nilai terukur Setting Nilai terukur Setting Nilai terukur

50 52,63 50 52 50 51,5 50 52

75 77,12 75 76 75 77 75 77

100 102 100 101 100 101 100 103

125 128 125 126 125 126 125 127

150 155 150 150 150 150 150 151

175 178 175 175 175 175 175 177

200 202 200 201 200 201 200 202

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 8. Grafik hasil pengujian linearity (a) Pengujian sumbu x positif, (b) Pengujian sumbu x negatif, (c)

Pengujian sumbu y positif, (d) Pengujan sumbu y negatif.

Hasil perhitungan regresi linier menunjukkan

bahwa untuk gerakan end effector pada arah

sumbu x positif (Gambar 8a), sumbu x negatif

(Gambar 8b), sumbu y positif (Gambar 8c), dan

sumbu y negatif (Gambar 8d) dikatakan linier

dengan koefisien regresi linier r = 0,999. Untuk

kondisi ideal, persamaan regresi linier untuk

masing-masing arah gerakan ialah y = x, atau

dengan kata lain gerakan aktual yang dilakukan

end effector mesin harus sama dengan nilai yang

diinputkan ke program. Dari grafik menunjukkan

koefisien x pada masing-masing persamaan

sudah mendekati 1. Nilai ini menunjukkan

perbandingan antara nilai setting, sudah sama

dengan nilai aktualnya. Namun pada masing-

masing persamaan terlihat adanya nilai konstanta

sebesar 2,308 untuk sumbu x positif, 1,928 untuk

sumbu x negatif, 2,089 untuk sumbu y positif,

dan 2.357 untuk sumbu y negatif. Nilai ini

menunjukkan adanya rata-rata pergeseran dari

nilai setting pada masing-masing sumbu sebesar

2 mm. Hal ini dikarenakan oleh error sistemik

dari pembacaan rotary encoder sebagai feed back

posisi oleh microcontroller . Untuk memperbaiki

akurasi gerakan end effector , nilai ini bisa

dimasukkan sebagai nilai koreksi.

Untuk hasil pengujian positioning

repeatability pada end effector mesin ditunjukkan

pada Gambar 9.

y = 1,004x  + 2,308

R²=  0,999

100

150

200

250

0 100 200

Nilai aktual (mm)

Nilai setting (mm)

sumbux  positif

y = 0,991x  + 1,928

R²=  0,999

100

150

200

250

0 100 200

Nilai aktual (mm)

Nilaisetting (mm)

sumbux  negatif

y = 0,990x  + 2,089

R²=  0,999

100

150

200

250

0 100 200

Nilai aktual (mm)

Nilai setting (mm)

sumbu y positif

y = 0,997x  + 2,357

R²=  0,999

100

150

200

250

0 100 200

Nilai aktual (mm)

Nilaisetting (mm)

sumbu y negatif

Desain dan Implementasi Sistem Kendali CNC Router Menggunakan PC untuk Flame Cutting Machine

(Roni Permana Saputra, Anwar M., Arif S., Teguh P.P.) JMEV 02 (2011) 41-50

(a)

(b)

(c)

(d)

Gambar 9. Grafik hasil pengujian repeatability (a) Pengujian sumbu x positif, (b) Pengujian sumbu x negatif, (c)

Pengujian sumbu y positif, (d) Pengujan sumbu y negatif.

Dari Gambar 9, bisa dilihat hasil pengukuran

aktual pergerakan end effector mesin pada

pengujian repeatabilitas. Nilai yang diinputkan

pada pengujian ini adalah 100 mm untuk masing-

masing arah sumbu. Nilai pergerakkan aktual

diukur dan dirata-ratakan dari semua

pengulangan. Dari hasil perhitungan nilai rata-

rata tersebut didapat pergeseran nilai rata-rata

terhadap nilai setting sebesar 2,31 mm pada

sumbu x positif (Gambar 9a), 2,63 mm pada

sumbu x negatif (Gambar 9b), 2,59 mm pada

sumbu y positif (Gambar 9c), dan 2,27 mm pada

sumbu y negatif (Gambar 9d). Seperti pada

pengujian linieritas, pergeseran nilai rata-rata ini

menunjukkan adanya error sistemik. Semua nilai

pengukuran berada di atas nilai setting

menunjukkan kemungkinan error sistemik

diakibatkan belum adanya kontrol pengereman

yang baik dari kontrol motor, sehingga ketika

kontrol memerintahkan untuk berhenti aktuator

tidak dapat langsung berhenti seketika sehingga

menimbulkan kelebihan pergerakan dari yang

diinputkan. Dari hasil perhitungan statistik

didapat nilai Standar deviasi 1,82 mm pada

sumbu xpositif, 1,84 mm pada sumbu x negatif,

1,66 mm pada sumbu y positif, dan 1,42 mm

pada sumbu y negatif. Nilai ini menunjukkan

ketelitian positioning end effector mesin dengan

menggunakan sistem kendali ini rata-rata sebesar

± 1,82 mm.

Selanjutnya, pada Gambar 10 ditunjukkan

hasil dari pengujian kemampuan interpolasi linier

dengan menguji kemampuan sistem untuk

membentuk pola linier berbentuk bintang segi

delapan.

Pola linier (Gambar 10a) diujikan dengan

menginputkan NC-Code untuk pergerakan linier

dan koordinatnya ke sistem kendali (Gambar

10b). Setelah program di-running , bentuk yang

diujikan dapat disimulasikan dan dieksekusi

dengan baik. Hasil simulasi pada layar simulasi

(Gambar 10c) dan hasil gambar pergerakan

aktual end effector mesin (Gambar 10d)

menunjukkan bentuk yang sesuai dengan

program yang diinputkan. Hal ini menunjukkan

algoritma perangkat lunak di PC untuk

perhitungan interpolasi linier sudah berfungsi

dengan baik dan dapat diimplementasikan dengan

baik untuk positioning end effector mesin. Efek

dari error sistemik yang didapat dari pengujian

linearitas tidak terlihat pada eksekusi intepolasi

linier ini. Hal ini dikarenakan nilai error pada

semua sumbu sama sehingga nilai error

terkompensasi.

101

103

105

107

109

Panjang gerakkan (mm)

Percobaan ke‐

Hasil

pengukuran

gerakan

sumbux

positif

rata‐rata

101

103

105

107

109

Panjang gerakkan (mm)

Percobaan ke‐

Hasil

pengukuran

gerakan

sumbux

negatif

rata‐rata

101

103

105

107

Panjang gerakkan (mm)

Percobaan ke‐

Hasil

pengukuran

gerakan

sumbu y

positif

rata‐rata

101

103

105

107

Panjang gerakkan (mm)

Percobaan ke‐

Hasil

pengukura

n gerakan

sumbu y

negatif

rata‐rata

ournal o

Vol. 02,

Gambar

kompute

Kem

dari pe

dengan

membe

sirkular

mengin

Gambar

simulasi

Mechatronics,

o 1, pp 41-50,

0. Hasil pen

, (d) Hasil g

dian pada

gujian ke

menguji

tuk pola si

(Gambar

utkan NC

11. Hasil

i komputer,

Electrical Po

011

(a)

(c)

ujian interp

rakan aktual

ambar 11

ampuan in

kemampun

kular berbe

11a) d

Code ke

(a)

(c)

gujian inter

d) Hasil ger

, and Vehic

lasi linear(a)

nd effecto

itunjukkan

erpolasi sir

siste

tuk cakra.

ujikan d

sistem ke

olasi sirkul

kan aktual en

lar Technolog

Pola linier y

hasil

ular

ntuk

Pola

ngan

dali

(

(a) Pola si

d effecto

ng diujikan,

Gambar 11

iinputkan

empurna (

lgoritma

erhitungan

engan baik.

kular yang

(b)

(d)

(b) Input NC

). Hasil si

enunjukkan

ambar 11c

erangkat

interpolasi

(b)

(d)

iujikan, (b)

Code (c) Ha

ulasi dari p

bentuk yan

. Hal ini

unak di

sirkular su

Input NC-C

SN 2088-698

il simulasi d

ogram yan

sesuai da

enunjukka

PC untu

ah berjala

de, (c) Hasi

Desain dan Implementasi Sistem Kendali CNC Router Menggunakan PC untuk Flame Cutting Machine

(Roni Permana Saputra, Anwar M., Arif S., Teguh P.P.) JMEV 02 (2011) 41-50

Sedangkan pada hasil pergerakan aktual end

effector (Gambar 11d), bagian yang dilingkari

menunjukkan bentuk yang tidak sempurna dari

bagian akhir interpolasi sirkular.Hal ini terjadi

dimungkinkan karena adanya error sistemik dari

sistem seperti telihat pada pengujian linieritas

dan repeatabilitas. Pada pengujian interpolasi

linier, efek ini tidak begitu berpengaruh, karena

error sistemik pada masing-masing sumbu saling

mengkompensasi. Sedangkan pada pengujian

interpolasi sirkular pengaruhnya sangat

signifikan karena pada perhitungan sirkular

menggunakan banyak rumus yang pada masing-

masing perhitungannya dapat terjadi pembulatan

sehingga pada bagian akhir proses interpolasi,

nilai error tidak terkompensasi.

V. KESIMPULAN

Pada penelitian ini, telah dihasilkan sistem

pengendali router berbasis CNC untuk flame

cutting machine dengan menggunakan personal

computer.

Berdasarkan hasil dan analisis, gambar hasil

simulasi yang ditampilkan pada layar simulasi

sudah sesuai dengan program input yang

dimasukkan baik untuk pola linier maupun pola

sirkular. Untuk pengujian pergerakan aktual pada

end effector, hasil pengujian linearitas

menunjukkan sistem memiliki linearitas yang

baik dengan koefisien regresi linier 0,99, dan dari

pengujian repeatabilitas diperoleh nilai akurasi

positioning end effector rata-rata ±1,8 mm.

Pembuatan bentuk- bentuk linear sudah dapat

dilakukan dengan baik. Sedangkan pembuatan

bentuk-bentuk sirkular masih belum sempurna

yang kemungkinan disebabkan error sistemik

yang belum terkompensasi.

Dari hasil yang diperoleh, dapat disimpulkan

bahwa algoritma kendali yang dibuat sudah

mampu berfungsi dengan baik. Untuk

implementasi di hardware sebenarnya, paremeter-

parameter dari faktor koreksi yang disebabkab

error sistemik bisa dimasukkan dan diujikan

untuk memperoleh hasil yang lebih baik terutama

pada pembuatan pola-pola sirkular.

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada

Bapak Prof. Dr. Masno Ginting, MSc.yang telah

banyak memberikan masukan, saran, dan ilmu

dalam proses bimbingan penulisan karya tulis ini.

Terakhir penulis juga mengucapkan terima kasih

kepada Dr. Eng.Estiko Rijanto selaku Kepala

Bidang Mekatronik, Pusat Penelitian Tenaga

Listrik dan Mekatronik - LIPI, yang telah

memberikan bimbingan hingga terselesaikannya

penulisan makalah ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ulsoy, A.G. Koren, Y. 1993 Control of

Machining Processes, ASME Journal of

Dynamic Systems Measurement, and

Control 115 (1993) 301–307.

[2] International Standards Organization,. ISO

14649-1. Datamodel for computerized

numerical controllers : part 1, 2003.

[3] 5 Axis CNC Routers, 3 Axis Router s, Used

CNC Router s [online]. Available:

http://ww.machineks. com/ machines/cnc-

plasma-flamecutters-9, diakses 28 Februari

2011

[4] Pabolu, V.K. Srinivas, S.K.N.H.. Design and

Implementation of a Three Dimensional

CNC Machine. International Journal on

Computer Science and Engineering (IJCSE),

02(08) : 2567-2570, 2010.

[5] X.W. Xu and Newman, S.T.. 2006 Making

CNC machine tools more open,

interoperable and intelligent—a review of

the technologies. Computers in Industry,

57(2) :141-152

[6] Pressman, RS. Numerical control and

computer-aided manufacturing, John Wiley

& Sons, Inc. New York, NY, USA, 1977.

[7] Mehta, NK. Machine Tool design, Tata

McGraw Hill Company Limited, New

Delhi. 1980.

... Recently, the development and application of manufacturing industry technology in Indonesia have been rapidly increasing, as evidenced by the increasingly modern equipment used to work on a product, such as a CNC machine which is a machine that has been equipped with a computer to facilitate the operation of the machine [8] [9]. In a few examples, computer technology has been applied to machine tools including lathes, milling machines, scrap machines, and drilling machines [9] [10]. ...

... The operation of the CNC machine uses a program that is controlled directly by a computer [10]. Hence, the operation of CNC machine tools works by synchronizing the computer and its mechanics [9]. Nowadays many industries have begun to abandon conventional machine tools and switch to using CNC machine tools. ...

The manufacturing technology has developed rapidly, especially those intended to improve the precision. Consequently, increasing precision requires greater technical capabilities in the field of measurement. A prototype of a 3-axis CNC milling machine has been designed and developed in the Research Centre for Electrical Power and Mechatronics, Indonesian Institute of Sciences (RCEPM-LIPI). The CNC milling machine is driven by a 0.4 kW servo motor with a spindle rotation of 12,000 rpm. This study aims to measure the precision of the CNC milling machine by carrying out the measurement process. It is expected that the CNC milling machine will be able toperform in an optimum precision during the manufacturing process. Accuracy level testing is done by measuring the deviations on the three axes namely X-axis, Y-axis, and Z-axis, as well as the flatness using a dial indicator and parallel plates. The measurement results show the deviation on the X-axis by 0.033 mm, the Y-axis by 0.102 mm, the Z-axis by 0.063 mm, and the flatness of the table by 0.096 mm, respectively. It is confirmed that the deviation value is within the tolerance standard limits set by ISO 2768 standard. However, the calibration is required for this CNC milling machine to achieve more accurate precision. Furthermore, the design improvement of CNC milling machine and the application of information technology in accordance with Industry 4.0 concept will enhance the precision and realibility.

... Micro turning with the CNC micro-lathe has been proved as a method for the fabrication of bone micro implants with controlled geometries. Other research on CNC System was conducted by Yamanaka et al. [3], Weidong et al. [4], Atmaja et al. [5], [6], and Permana et al. [7]. ...

... Coordinate calculation for linear trajectory is called linear interpolation while the coordinate calculation for circular trajectory is called circular interpolation. Article [7] shows the calculation method for linear interpolation and circular interpolation. ...

... The servo mechanism unit is the physical part of the CNC machine which actuates all the orders received from the control system and also generates the status of the machine [7]. This part consists of motor actuator with motor driver and feedback sensor giving the actual information of position and velocity of the end effectors. ...

The demand on automated machining has been increased and emerges improvement research to achieve many goals such as portability, low cost manufacturability, interoperability, and simplicity in machine usage. These improvements are conducted without ignoring the performance analysis and usability evaluation. This research has designed a distributed control system in purpose to control a portable CNC machine. The design consists of main processing unit, secondary processing unit, motor control, and motor driver. A preliminary simulation has been conducted for performance analysis including linear accuracy and circular accuracy. The results achieved in the simulation provide linear accuracy up to 2 μm with total cost for the whole processing unit is up to 5 million IDR.

... For the present decades, many researches has conducted to develop micro machine for many application even in academicals scale or laboratorial scale [11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]. In Yamanaka Article [12], it was described about the using of different operation and geometric precision for lathe process according to the size of the produced part. ...

The emerging of micro factories technology has encourages the development of CNC machine into small scale design. It purposes is to create a smaller machine to save some space, reduce production cost, and lower energy consumption. Without reducing its precision level, this research conduct a design of CNC lathe machine consist of head stock, main spindle, X-Z axis, bed, tool holder, and X-Z motor actuators. The design was using three jaw chuck holding method and DC brushless motor as electric actuator for each axis. Additional harmonic gear was used as the transmission system. The design was provided in a compact design at 329 mm x 483 mm, assembled in modular design consist several of several module, and can be considered as low cost module with high availability component even in domestic market. It was calculated that the resolution of this Compact Modular Small Scale CNC Lathe machine could achieve 55.5 nm. It is believed that this design would be able to support many applied industries especially those who need high precision small component with low production cost.

Aji Brahma Nugroho
Muhammad A'an Auliq
Muhammad Zulfikar Alrasyid

Mesin CNC salah satu teknologi yang masih dikembangkan untuk peningkatan kegiatan produksi salah satunya mesin CNC 3 axis dengan fungsi milling. Pada umumnya kontrol utama mesin CNC menggunakan salah satu board dari platform resmi yaitu Mach3 dengan fitur yang sangat mendukung untuk fungsi sebuah mesin CNC salah satunya komunikasi paralel untuk menunjang kinerja mesin CNC tetap stabil, akan tetapi komputer dengan fitur komunikasi paralel umumnya tipe lama dengan spesifikasi rendah yang hanya bisa dijadikan sender dan tidak bisa digunakan untuk mendesain. Berdasarkan permasalahan tersebut maka diperlukan peningkatan efisiensi dalam memanfaatkan teknologi CNC yaitu dengan menggunakan platform yang bersifat open source dan menggunakan komunikasi serial untuk menjadikan teknologi CNC lebih fleksibel dalam hal pengoperasian dengan satu komputer dapat digunakan untuk mendesain dan sender. Arduino Uno salah satu platform yang bersifat open source yang dapat dimanfaatkan untuk menjadi kontrol utama mesin CNC. Hasil penelitian mesin CNC berbasis Arduino menunjukan bahwa penerapan komunikasi serial untuk pengoperasian mesin CNC memiliki perfomansi dan akurasi yang tidak jauh berbeda dengan mesin CNC yang menggunakan komunikasi serial. Dalam parameter jumlah objek yang dikerjakan sama Mach3 30 detik lebih cepat dengan akurasi kesalahan 0,05% dan Arduino 0,1%. Dalam parameter jumlah waktu yang sama yaitu 30 menit Mach3 menyelesaikan 8 objek dan objek ke - 9 hanya dikerjakan 25,6%, Arduino menyelesaikan 8 objek dan objek ke – 9 hanya 14,5%.

Control module CNC PCB milling machine consist of three sub-modules, first sub-module interfaces and coordination, second sub-module speed control spindle motor and the last sub module position control stepper motor. This paper focuses on implementation and testing of sub-module interfaces and coordination that receive and process 1 to 4 different PCB design input from user and coordinate others two sub-modules. Gerber file as the input converted into G-code which is translete by interpreter data into signal that ready sent from PC to FPGA via serial communication RS232. Then, data that received by FPGA used to integrate spindle motor and stepper motors in PCB milling process. In addition, this submodule can monitor PCB milling process and also monitor the current of motor spindle. Sub-module interface and coordination is implemented on PC via Visual Studio 2013 using Visual Basic.NET programming language and implemented on FPGA DE2-70 via Quartus II 9.0 using Verilog HDL language. As the result, this sub-module interface and coordination generate command signal which has been interpreted to integrate CNC PCB milling machine.

This paper reviews the important recent research contributions for control of machining processes (e.g., turning, milling, drilling, and grinding). The major research accomplishments are reviewed from the perspective of a hierarchical control system structure which considers servo, process, and supervisory control levels. The use and benefits of advanced control methods (e.g., optimal control, adaptive control) are highlighted and illustrated with examples from research work conducted by the authors. Also included are observations on how significant the research to date has been in terms of industrial impact, and speculations on how this research area will develop in the coming decade.

Venkata Krishna Pabolu
Prof. Sri K.N.H. Srinivas

This paper discusses the design and implementation of low cost three dimensional computerized numerical control (CNC) machines for Industrial application. The primary function of this microcontrollerbased CNC machine is to cut the metal in to required shape. This discuss is focused on communication between Personal computer (PC) and a numerical control machine. The objective to devise a computer controlled cutting machine arose from increasing demand for flexibility and cutting with respect to edge quality. The system has an 8 bit microcontroller based embedded system to achieve costeffectiveness and also maintains the required accuracy and reliability for complex shapes. The backbone of the system is a cleverly designed mechanical system along with the embedded system resulting in accuracy. The system uses C# as a programming language and .NET platform for user interface.

The aim of the next generation of computer numerically controlled (CNC) machines is to be portable, interoperable and adaptable. Over the years, G-codes (ISO 6983) have been extensively used by the CNC machine tools for part programming and are now considered as a bottleneck for developing next generation of CNC machines. A new standard known as STEP-NC is being developed as the data model for a new breed of CNC machine tools. The data model represents a common standard specifically aimed at the intelligent CNC manufacturing workstation, making the goal of a standardised CNC controller and NC code generation facility a reality. It is believed that CNC machines implementing STEP-NC will be the basis for a more open and adaptable architecture. This paper outlines a futuristic view of STEP-NC to support distributed interoperable intelligent manufacturing through global networking with autonomous manufacturing workstations with STEP compliant data interpretation, intelligent part program generation, diagnostics and maintenance, monitoring and job production scheduling. # 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

A G Ulsoy
Y Koren

Ulsoy, A.G. Koren, Y. 1993 Control of Machining Processes, ASME Journal of Dynamic Systems Measurement, and Control 115 (1993) 301–307.

Axis Routers, Used CNC Routers [online] Available: http://ww.machineks. com/ machines/cnc- plasma-flamecutters-9

Cnc Axis
Routers

Axis CNC Routers, 3 Axis Routers, Used CNC Routers [online]. Available: http://ww.machineks. com/ machines/cnc- plasma-flamecutters-9, diakses 28 Februari 2011

Machine Tool design, Tata McGraw Hill Company Limited

N K Mehta

Mehta, NK. Machine Tool design, Tata McGraw Hill Company Limited, New Delhi. 1980.

Axis Routers, Used CNC Routers

Cnc Axis
Routers

Axis CNC Routers, 3 Axis Routers, Used CNC Routers [online].