Pemrograman CNC Mesin Bubut

Pemrograman CNC Mesin Bubut - Program NC sebenarnya merupakan sejumlah urutan perintah logis yang dibuat bagi suatu jenis mesin perkakas CNC dalam rangka pembuatan suatu komponen mesin/peralatan.

Tergantung pada jenis mesin perkakas serta berbagai proses yang mampu dilakukan oleh mesin perkakas CNC yang bersangkutan, maka program NC tidaklah selalu berkaitan dengan proses permesinan saja, melainkan dapat pula berhubungan dengan proses-proses pembuatan lainnya misalnya proses pembentukan, proses pengelasan, proses non konvensional dan sebagainya.

Program NC dibuat dengan suatu format/bahasa yang tertentu yang dapat dimengerti oleh unit pengontrol mesin (MCU, Machine Control Unit).

Dengan demikian selain harus memahami aturan pembuatan program, seorang programmer harus menguasai teknologi proses serta memahami karakteristik mesin perkakas yang bersangkutan.

Aturan pembuatan program (bahasa/format) relatif mudah untuk depelajari, sebaliknya teknologi proses serta karakteristik mesin perkakas CNC lebih sulit untuk dipahami.

Bekal pengetahuan teori (scientific knowledge), pengetahuan praktis (practical knowledge), serta keterampilan (know-how) atas proses yang bersangkutan merupakan kunci bagi seorang programmer untuk dapat membuat program NC yang berhasil, yang berarti mampu menghasilkan komponen mesin/peralatan yang dapat dipertanggungjawabkan dari segi teknis (toleransi geometrik) maupun segi ekonomis (biaya proses).

Dalam pembuatan program NC untuk proses permesinan suatu produk diperlukan tiga langkah utama, yaitu langkah persiapan, langkah pelaksanaan (pembuatan program) dan langkah percobaan. Masingmasing langkah ini mengandung beberapa jenis pekerjaan yang harus dilaksanakan yang secara umum dapat dijelaskan sebagai berikut.

1. Langkah persiapan

Mempelajari gambar teknis yakni menentukan ukuran/dimensi untuk elemen-elemen geometris (garis/bidang lurus, garis/bidang lengkung yang mengikuti fungsi matematik tertentu, radius, diameter dan sebagainya), dan toleransinya (toleransi dimensi, bentuk dan posisi). Dengan mempelajari geometri komponen tersebut dapat ditentukan garis besar jenis proses permesinan, urutan pekerjaannya, dan jenis mesin perkakas CNC yang cocok. Dimensi benda kerja dan control gerak pahatnya merupakan faktor yang perlu juga dipertimbangkan.
Berdasarkan dimensi serta bentuk bahan (batang, silinder, lempengan, kubus, parallellepipedum, atau bentuk-bentuk khusus hasil proses pembentukan, atau proses permesinan sebelumnya), dan volume ruang kerja yang ditentukan oleh dimensi meja atau spindel tempat benda kerja dipasang, ditentukan cara penempatan (positioning), pengekleman (clamping), serta desain alat bantu pemegang (fixture). Daerah bebas pahat (daerah terlarang, forbidden area) harus diperhatikan untuk menghindari tabrakan pahat pada permukaan fixture, peralatan mesin/alat bantu lainnya ataupun pada permukaan benda yang tidak dikerjakan.
Cara atau urutan proses permesinan harus ditentukan sebaik mungkin (jalan yang paling baik, paling singkat, paling optimum) untuk mengerjakan benda kerja sampai terbentuk permukaan akhir (produk). Jenis dan jumlah pahat dipilih sesuai dengan urutan pengerjaan tersebut. Dalam hal ini selain geometrinya maka panjang dan/atau diameter masing-masing pahat ditetapkan sesuai dengan bidang/sumbu referensi mesin yang digunakan. Setiap pahat diberi kode tertentu beserta keterangan mengenai geometrik dan dimensinya, yang akan digunakan sebagai masukan (input) pada unit pengontrolmesin supaya lokasi/posisi mata potong sewaktu pahat dipakai dapat dipastikan. Dengan cara ini suatu program NC yang berhasil dapat digunakan lagi di saat lain dan sementara itu pahat yang dibutuhkan tidak perlu mempunyai dimensi yang persis sama dengan pahat yang dahulu dipakai.
Untuk setiap langkah permesinan kondisi pemotongannya (kecepatan potong, kecepatan makan, dan kedalaman potong) ditentukan sesuai dengan tujuan proses, dengan memperhatikan berbagai kendala (proses pembentukan geram, gaya, daya, kehalusan permukaan), sehingga diharapkan kondisi potongan yang optimum (ongkos, produktivitas) dapat dicapai.

2. Langkah Pelaksanaan Pembuatan Program

Pembuatan program secara manual biasanya dilakukan dengan terlebih dahulu menuliskan semua perintah pada lembar dengan format tertentu sebelum diketik sebagai input ke unit pengontrol mesin.

Dengan kode tertentu berbagai fungsi persiapan (preparation functions) dan fungsi tambahan (miscellaneous functions) dipilih, sehingga pahat dapat digerakkan relatif terhadap benda kerja sesuai dengan langkah dan kondisi pemotongan yang telah disiapkan di atas.

Demikian pula halnya dengan perintah-perintah lain seperti penggantian pahat, penggantian benda kerja, menjalankan/mematikan spindel dan cairan pendingin dan sebagainya.

Jenis kontrol gerakan sumbu mesin (satu sumbu, dua sumbu atau lebih secara bersamaan bergerak untuk melaksanakan perintah tersebut) menentukan kemampuan mesin perkakas NC di dalam memotong benda kerja dengan hasil permukaan dengan bentuk dan orientasi yang diinginkan.

Dengan semakin majunya komputer yang dipakai sebagai unit pemrogram ataupun langsung sebagai unit pengontrol mesin, maka berbagai jenis bahasa pemrograman (perangkat lunak/soft-ware) yang lebih canggih mulai diperkenalkan.

Tujuannya adalah jelas, yaitu mempermudah, mempercepat, dan menghindarkan kemungkinan terjadinya kesalahan pada proses pembuatan program secara manual.

Dalam hal yang terakhir ini programmer dapat melihat lintasan gerakan pahat pada layar monitor (TV screen dengan graphic display) sewaktu proses pemrograman berlangsung.

Perintah diberikan dalam bentuk bahasa yang mudah (English like language) ataupun bahasa simbol (symbolic language) yang sederhana. Sementara itu berbagai jenis perhitungan misalnya dimensi, transformasi koordinat, lintasan pahat, kompensasi panjang dan/atau diameter/radius pahat, kecepatan, percepatan, perlambatan dan sebagainya dilaksanakan oleh komputer pengontrol mesin.

3. Langkah Percobaan

Setelah lembar program NC selesai ditulis, maka perintah-perintah tersebut dapat dimasukkan ke dalam memori komputer mesin lewat papan tombol (key-board, key-pad) atau melalui media lain seperti pita berlubang (punched tape), pita magnetik (magnetic tape) atau disket.

Pembuatan program seringkali dilaksanakan dengan bantuan komputer pemrogram yang dilengkapi dengan perangkat lunak pemroses (processor dan post processor), untuk melaksanakan analisa geometrik langkah gerak pahat serta penerjemahan dan penggabungan berbagai fungsi teknologis sesuai dengan karakteristik mesin dan kontrol CNC yang spesifik.

Jika unit pengontrol mesin siap melaksanakan pekerjaan, yang pertama kali dilakukan biasanya menjalankan mesin tanpa memotong (dry-run) dengan satu atau beberapa sumbu mesin dimatikan (axis-lock), untuk mengecek kebenaran program dan memastikan bahwa tidak terjadi tabrakan (tool collition).

Sebelum proses pemotongan dengan benda kerja sesungguhnya dilakukan, maka dapat dilakukan pemotongan material yang lunak (plastik atau steorofoam) sehingga bentuk produk secara kasar dapat diperiksa dan diukur.

Ketelitian geometris (toleransi) produk hanya dapat dipastikan kebenarannya dengan melakukan proses pemotongan benda kerja sesungguhnya dan memgukur produknya dengan cermat.

Tergantung pada kekakuan (rigidity) sistem pemotongan (benda kerja, pahat, fixture, mesin perkakas), maka lenturan ataupun getaran yang diakibatkan oleh gaya pemotongan yang besar dapat dikurangi dengan memperkecil kecepatan makan atau pun mengubah kedalaman potong (mengubah langkah).

Semua kesalahan-kesalahan kecil yang ditemukan dalam proses percobaan dikoreksi sehingga sertifikasi dapat diberikan bagi program NC yang bersangkutan dan siap untuk digunakan dalam proses produksi.

4. Tugas Programer dalam Pembuatan Program NC

Berikut merupakan rangkuman tugas yang harus dilakukan oleh programmer dalam rangka pembuatan program pemesinan suatu benda kerja dengan memakai mesin perkakas CNC. Informasi atau data yang diperlukan untuk melaksanakan tugas pembuatan program NC, yaitu:

Ukuran Menyangkut dimensi, geometri, perkiraan berat & kekakuan benda kerja.
Toleransi Mencakup toleransi dimensi dan toleransi bentuk posisi (kelurusan, kerataan, ketepatan bentuk, kebulatan, kesilindrisan, ketegaklurusan, kemiringan, kesejajaran, konsentrisitas, posisi, dan kesalahan putar).
Kehalusan Kehalusan permukaan.
Jumlah Banyaknya benda kerja yang harus dibuat.
Mesin CNC Jenis mesin, ukuran/volume ruang kerja, daya & kemampuan, sumbu mesin yang dapat dikontrol (NC Axis), peralatan pembantu (attachments), kemampuan NC (pemrograman, penanganan sistem kontrol dan peraga).
Tools Pemilihan perkakas potong meliputi jenis, sistem pemegang (tooling system), geometri & material pahat/mata potong, tools-setter, termasuk alat bantu pegang (fixture) dan alat ukur (measuring instrument) untuk pekerjaan/hal yang khusus (non routine jobs),
Material Menyangkut ukuran, jumlah dan jenis bahan termasuk data mampu mesin (machinability), data empiris umur pahat dan gaya pemotongan.

5. Kode dan Format Pemrograman

Program NC (NC part program) merupakan unsur sangat penting dalam pengoperasian mesin perkakas CNC, karena program merupakan perangkat lunak pengendali yang mengatur jalannya proses pemesinan suatu produk pada mesin perkakas CNC.

Fungsi tersebut menyebabkan program NC juga sangat menentukan kualitas geometri produk yang dihasilkan. Program NC mempunyai sifat sangat spesifik dan khusus, artinya bahwa sebuah program NC, dibuat khusus hanya untuk pembuatan produk dengan bentuk dan ukuran (geometri) tertentu.

Jika ingin membuat produk lain dengan bentuk dan ukuran yang berbeda, harus dibuat program NC baru yang khusus untuk mengerjakan produk baru tersebut.

Program NC bersifat spesifik mempunyai pengertian bahwa program diperuntukkan hanya untuk mesin dengan jenis tertentu dan sistem kontrol yang tertentu pula. Untuk mesin dengan jenis yang berbeda, misalnya Mesin Frais dengan Mesin Bubut program NC-nya akan berbeda.

6. Pengertian Program NC

Program NC sebenarnya merupakan urutan dari sejumlah perintah logis, yang disusun dalam bentuk kode-kode perintah yang dimengerti oleh unit kontrol mesin (machine control unit).

Kode-kode perintah yang tersusun dalam urutan sedemikian rupa tersebut, secara keseluruhan merupakan satu kebulatan perintah dalam rangka pembuatan suatu produk pada suatu mesin perkakas CNC.

Biasanya program NC dibuat dalam rangka pembuatan atau proses pemesinan suatu produk menggunakan mesin perkakas.

Namun demikian program NC dapat juga dibuat untuk proses pembuatan atau pengerjaan lainnya, misalnya proses pembentukan, proses pengelasan, dan sebagainya tergantung dari jenis mesin perkakas serta berbagai proses yang mampu dilakukan mesin perkakas yang bersangkutan.

Program NC yang berkaitan dengan proses pemesinan, berisi kodekode perintah pemesinan suatu produk yang tersusun secara sistematis, terinci sesuai urutan langkah pengerjaan yang direncanakan tahap demi tahap.

Kode-kode perintah tersebut terdiri dari kode atau informasi tentang perkakas sayat yang diperlukan, data-data tentang geometri produk yang akan dikerjakan, dan data tentang teknologi pemesinan. Suatu program NC harus dapat dipertanggungjawabkan baik secara teknis maupun ekonomis.

Secara teknis artinya bahwa program tersebut, dengan data-data teknologi pemesinan yang ada di dalamnya, benarbenar mampu menghasilkan produk dengan kualitas geometri sesuai standar yang diminta.

Sedngkan secara ekonomis mempunyai pengertian bahwa program tersebut jika digunakan mampu menekan serendah mungkin biaya proses produksi.

7. Struktur Program NC

Suatu program NC, dilihat dari segi struktur isinya terdiri dari tiga bagian utama, yaitu bagian pembuka, bagian isi, dan bagian penutup. Bagian pembuka selalu terletak pada bagian awal program, bagian isi terletak pada bagian tengah, dan bagian penutup terletak pada bagian akhir program.

Bagian pembuka adalah bagian awal program yang berisi perintahperintah pengoperasian awal suatu mesin perkakas, sebelum langkah pemesinan utama (penyayatan) dimulai. Perintah-perintah yang termasuk dalam bagian pembuka adalah :

Perintah memindah titik nol mesin ke posisi tertentu agar berimpit dengan titik nol benda kerja. Perintah ini disebut pemindahan titik nol mesin (Position Shift Offset (PSO)
Perintah pemilihan sistem pemrograman, apakah dikehendaki mesin bekerja dengan sistem absolut atau incremental
Perintah menentukan jumlah putaran spindel mesin dan arah putarannya
Perintah menentukan besarnya kecepatan pemakanan (feeding)
Perintah memilih jenis perkakas sayat yang digunakan pertama kali
Perintah mengalirkan air pendingin.

Bagian isi suatu program NC adalah bagian inti dari pekerjaan pemesinan. Perintah-perintah pada bagian isi meliputi perintah gerak relatif alat sayat terhadap benda kerja menuju titik-titik koordinat yang telah ditentukan guna melakukan proses penyayatan.

Proses-proses ini dapat berupa gerak interpolasi lurus, interpolasi radius, gerakan pemosisian, membuat lubang (drilling), proses penguliran (threading), pembuatan alur (grooving), dan sebagainya tergantung dari bentuk geometri produk yang akan dihasilkan.

Bagian penutup program berisi perintah-perintah untuk mengakhiri suatu proses pemesinan. Inti perintahnya adalah menyuruh mesin berhenti untuk melepas benda kerja yang telah selesai dikerjakan, dan memasang benda kerja baru untuk proses pembuatan produk sejenis berikutnya.

Perintah pada bagian penutup adalah perintah kebalikan atau berfungsi membatalkan perintah yuang diberikan pada bagian pembuka, dan biasanya meliputi :

Perintah mematikan aliran cairan pendingin
Perintah mematikan putaran spindel mesin
Perintah pembatalan PSO
Perintah pembatalan kompensasi alat sayat
Perintah menutup program (end-program)

8. Sistem Pemrograman Absolut dan Incremental

Program NC dapat dibuat dalam dua sistem pemrograman, yaitu sistem absolut dan sistem incremental. Kedua sistem pemrograman tersebut dibedakan berdasarkan sistem informasi geometri (sistem penunjukan ukuran) dalam gambar kerja, yang juga terdiri dari sistem absolut dan incremental.

Dalam banyak gambar kerja sering dijumpai penggunaan penunjukan ukuran campuran, yaitu sistem absolut dan incremental digunakan secara bersama-sama.

a. Sistem Absolut

Pemrograman sistem absolut adalah sistem pemrograman yang dalam menentukan data-data posisi elemen geometri dalam gambar kerja (produk) didasarkan pada satu titik referensi.

Semua elemen geometri dalam ruang atau bidang sistem koordinat yang dipilih, didefinisikan letaknya dari satu titik referensi (titik nol) yang tetap.

b. Sistem Incremental

Pemrograman sistem incremental adalah sistem pemrograman yang dalam menentukan data posisi setiap elemen geometri diukur dari titik referensi yang berpindah-pindah, atau disebut titik referensi menerus.

Data posisi elemen geometri ditentukan dari kedudukan atau posisi terakhir gerakan relatif perkakas sayat (pisau/pahat). Titik akhir gerakan/lintasan perkakas sayat, karena gerakan relatif yang dilakukan, adalah sebagai titik referensi (titik nol) untuk lintasan berikutnya.

9. Konstruksi Program NC

Program CNC adalah sejumlah urutan perintah logis yang disusun dengan kode-kode huruf dan angka yang bisa dimengerti oleh unit kontrol mesin. Program CNC dibuat khusus untuk suatu mesin tertentu dan untuk pembuatan produk tertentu.

Secara umum, program NC memiliki konstruksi tertentu, yaitu kode atau perintah pendahuluan, dan perintah pembantu. Perintah pendahuluan umumnya menggunakan kode G, sedang perintah pembantu menggunakan fungsi M.

Program NC, selain kode G dan M, di dalamnya terdiri dari sejumlah kode-kode perintah yang tersusun dalam bentuk kombinasi huruf-huruf tertentu dan angka. Kode berupa huruf, misalnya N, G, S, F, H, I, J, T, N, K, D, X, Y, Z, dan angka 0 sampai 9 disebut adres.

Suatu kode huruf yang di belakangnya diikuti angka (kombinasi huruf dan angka) disebut “kata” (word). Gabungan dari beberapa kata disebut “blok”.

“Blok” merupakan gabungan dari beberapa kata yang membentuk satu tahapan perintah, misalnya eretan melintang bergerak lurus sejauh 4 mm mendekati sumbu dengan kecepatan 80 mm/menit.

Di dalam sebuah program CNC satu tahapan perintah ditulis dalam satu baris, berarti “blok” adalah gabungan beberapa kata yang ditulis dalam satu baris program. Komputer (unit kontrol) mesin membaca dan menjalankan program per satu blok, bukan per kata.

10. Pembuatan Program NC

Pembuatan program NC diawali dari mempelajari gambar kerja. Dari gambar kerja tersebut dapat ditentukan jenis mesin perkakas CNC yang akan digunakan, misalnya Mesin Bubut CNC, Mesin Frais CNC, atau jenis mesin lainnya.

Setelah ditentukan jenis mesin yang akan digunakan, langkah berikutnya adalah :

Merancang teknik dan rencana penjepitan benda kerja pada mesin
Merancang struktur program (program structure) yaitu dengan menentukan urutan proses pemesinan
Menentukan jenis perkakas sayat yang akan digunakan, urutan penggunaan, dan parameter pemesinan seperti jumlah putaran spindel (S) dan kecepatan pemakanan (F) untuk setiap perkakas sayat yang akan digunakan
Menulis program NC pada lembaran program (program sheet).

Berikut disampaikan contoh pembuatan program NC untuk Mesin Bubut CNC tipe ET-242 buatan EMCO Meier, Austria. Dari gambar kerja yang tersedia, kita coba pelajari kelengkapan ukurannya, apakah masih ada bagian gambar yang belum diketahui dimensinya.

Jika didapati kekurangan ukuran, maka kita harus terlebih dahulu melengkapinya agar dalam pembuatan program nanti tidak terjadi kesalahan menentukan titik koordinat lintasan perkakas sayatnya. Mintalah data geometri selengkapnya kepada perancang atau pembuat gambar kerja.