## INFOMATEK
Volume 22 Nomor 1 Juni 2020
RANCANG BANGUN MESIN CNC ROUTER PORTABLE DENGAN DIMENSI 1219×609 MM UNTUK SKALA LABORATORIUM
Bambang Setiawan *) , Rasma, Thomas Djunaedi

## Program Studi Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Jakarta
Abstrak :  Karya  ukir  kayu  memiliki  kekhasan  tersendiri  karena  merupakan  suatu  karya  cipta  manusia  yang didasari  rasa  estetis  sesuai  apa  yang  diinginkan  oleh  manusia  itu  sendiri.  Karya  seni  ukir  kayu  biasanya diciptakan menggunakan  teknik  memahat.  Dengan  menggunakan  teknik  memahat  membuat  hasil produksi  per harinya mendapatkan hasil yang sedikit dan dengan kualitas produk yang tidak seragam. Sehingga dibutuhkan penggunaan  mesin CNC router, agar  dapat  meningkatkan  hasil  yang  memuaskan  serta  jumlah  produk  yang banyak.  Namun  pada  umumnya  mesin CNC pada  umumnya CNC  Router pada  pasaran  masih  menggunakan poros ulir sebagai transmisi geraknya dan dengan daya motor yang besar.  Maka dari itu transmisi gaya penulis menggunakan ballscrew . Ballscrew dipilih  karena  pada ballscrew tidak  terjadi  keterlambatan  gerak  balik  atau biasa  disebut backlash .  Karena  apabila  terjadinya backlash dapat  menyebabkan  ketepatan  nilai  akurasi  dan kalibrasi  berkurang.  Serta  penggunaan  motor  stepper  dengan  daya  sebesar  0.9478  watt,  dengan  kecepatan motor spindle minimal adalah 15000 rpm, dengan maks diameter tool 6 mm, didapatkan torsi 6.912 N.m dengan daya motor maks yaitu 0.1086 Kw. Kemudian dari pada itu  untuk panjang gerak area kerja mesin CNC Router ialah pada sumbu X adalah 286 mm, pada sumbu Y sebesar 426 mm dan pada sumbu Z sebesar 31 mm.
Kata kunci: CNC, Engraving, router, Ukir kayu, bearing rail assembly

## I. PENDAHULUAN 1
Karya  ukir  kayu  memiliki  kekhasan  tersendiri karena merupakan  suatu karya  cipta  manusia yang  didasari  rasa  estetis  sesuai  apa  yang diinginkan oleh manusia itu sendiri. Karya seni ukir  kayu  biasanya  diciptakan  menggunakan teknik memahat (https://www.meda NCNC .com [1]).  Penciptaan  karya-karya  kerajinan  ukir kayu  diawali  dengan  proses  merancang  pola/ bentuk  yang  akan  diterapkan  pada  ukir  kayu
*) bambang.setiawan@ftumj.ac.id
Pertama diterima: 21 Mei 2020 Direvisi:26 Mei 2020 Disetujui untuk publikasi: 29 Mei 2020
dengan  menggunakan  keterampilan  memahat yang  kreatif  demi  menghasilkan  karya  yang baik,  menarik,  serta  memiliki  makna  dan  nilai estetika yang tinggi.
Namun  dalam  perkembangannya  pengrajin seni ukir kayu mulai jarang dan banyak beralih profesi  lain  karena  mengukir  membutuhkan waktu  yang  relatif  lama  dan  membutuhkan keterampilan  khusus.  Oleh  sebab  itu,  perlu adanya suatu terobosan untuk mempermudah dan  memperingkas  hasil  pekerjaan  tersebut, salah  satu  cara  inovasi  tersebut  ialah  dengan
memungkinkan  penggunaan  mesin CNC
(computer numerical control) (https://id.wikipedia.org/wiki/CNC [2]). Ini
adalah  hasil  dari  perbaikan  yang  revolusioner dan  inovasi  dalam  metode  ukiran  kayu menggunakan mesin yang dikendalikan komputer  yang  dikenal  sebagai router  CNC (https://www.meda NCNC .com/single- post/jasa-potong- CNC -router  [3]),  (Saputra dkk [4]), (Sashank [5]).
Berdasarkan literatur dan data, maka perencanaan  ini  dilakukan,  yaitu  merancang bangun  sebuah  mesin CNC dengan  biaya yang  rendah  dengan  mengganti  meja  mesin ataupun  kerangka  mesin  yang  biasanya menggunakan  bahan  besi  ataupun  alumunim profil.  Dengan  memanfaatkan  kayu  MDF sebagai frame atau  kerangka  mesin  dan adapun bed mesin/ meja mesin pun menggunakan  kayu  MDF  sebagai  pengganti pengunaan  besi.  Peneliti  merancang  bangun suatu  mesin CNC  (computer  numerical control) yang dapat digunakan untuk memproses engraving atau dengan istilah lain yaitu  menggambar  suatu  pola  pada  bidang tertentu secara otomatis.
Dengan  adanya  penggunaan  mesin CNC tersebut  pengrajin  dapat  memaksimalkan pesanan  yang  seragam  walaupun  dengan jumlah yang banyak sekalipun.

## II. METODOLOGI

## 2.1 Tahapan Perancangan
Dalam  perancangan  mesin router  portable ini pengoperasian  menggunakan software  mach 3 ini  yang  harus  dilakukan  agar  perancangan dapat  berjalan  lancar  yakni  melakukan  survei kebutuhan. Survei ini dilakukan dengan tujuan mendapatkan  gambaran  tentang  desain  dan sistem  kerja  mesin  CNC  yang  sesuai  dengan keinginan.  Adapun  diagram  alir  perancangan ditunjukkan seperti Gambar 1.
Gambar 1. Diagram Alir Perancangan

## 2.2  Pengambilan Data
Dalam merencanakan pembuatan mesin CNC router  portable ini  terlebih  dahulu  dilakukan
pengamatan  dan  pengujian  secara  langsung sehingga  dapat  mempertegas  penulisan. Perancangan  dan  pembuatan  mesin CNC Router portable dikerjakan dengan melakukan pengamatan  secara  langsung  pada  mesin
CNC Router.

## 2.3 Tempat dan Waktu
Pelaksanaan,  pembuatan,  dan  pengujian mesin CNC router  sederhana  ini  dilakukan  di workshop dan  di  Citra  Lab  Bekasi.  Analisa, perancangan,  pembuatan  dan  pengujian  alat dilaksanakan  selama  ±  3  bulan  berdasarkan pada jadwal yang ditentukan.

## 2.4 Alat dan Bahan
2.4.1 Alat
Dalam  perancangan  ini,  alat  yang  digunakan adalah sebagai berikut:
1. CNC Router sederhana
2. Vernier caliper
3. Roughness tester
4. Mistar
5. Tachometer
6. Water pass
Gambar 2 (a), (b) dan (c) memperlihatkan alat- alat yang digunakan tersebut.
(a) (b)
(c) Gambar.2
Alat Yang Digunakan (a) CNC Router (b) Roughness Tester (C) Tachometer

## 2.4.2  Bahan
Bahan  yang  digunakan  dalam  pengujian  ini menggunakan  kayu  MDF  dengan  tebal  18 mm.

## III. ANALISIS DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Perhitungan Perancangan Alat
Perancangan  alat  yang  dilakukan  yaitu  pada spindle motor. Spindle motor  adalah  motor yang  berfungsi  untuk  menggerakan  cutting tools/  alat potong.  Torsi  dan  rpm  yang  sangat mempengaruhi
kebutuhan
pergerakan
pemakanan.  Diasumsikan    gaya  pemakanan adalah 22 N.
Fs = 0,8.u.t. σ t = 0,8.780.30.12 = 224640 N. mm = 22 N.m Dimana  :  Fs    :  gaya  pemakanan  (N)  dan diameter  cutting  tool  adalah  6  mm  (r  =0.003 m).
T = Fs x r = 224640 x 0.003
= 673,92 N. m
Daya maksimum rpm yang direncanakan pada motor spindle adalah  18.000  rpm,    maka didapat  maksimum daya untuk  motor spindle :
= 673,92  x 1884,96 =  1270312,24 W
= 1270,31 kW
Untuk merancang  mesin CNC router portable ini  perlu  adanya  perencanaan  daya  motor yang diperlukan agar sesui dengan
kebutuhan.  Perencanaan  yang  diinginkan adalah dengan motor stepper 200 pulsa/rotasi dan kecepatan pulsa masuk 1000  pulsa/detik, maka  dapat  direncanakan  kecepatan  putar motor n .
n = 300 Rpm
1.  Perencanaan Daya Motor pada Sumbu X
Torsi yang dibutuhkan motor untuk menggerakkan sumbu X yaitu :
F = m . g F = 0,562 kg . 9.8 m/s² F = 5,5076 kg.m/s2 (N)
F = Gaya yang direncanakan pada sumbu
X (N)
T = F.r
T = 5,5076 N . 0,008 m
T = 0,0440608 N.m
T = Torsi yang direncanakan pada motor
(N.m)
r  = Jari-jari poros penggerak yaitu 8 mm =
0,008  (m)
Sedangkan    untuk    daya    yang    dibutuhkan pada    motor    stepper  dapat  diketahui  dengan menghitung  kecepatan  sudut  ( )  terlebih dahulu,
=
= 31,4 rad / detik
Sehingga  dapat  ditentukan  daya  motor yang  dibutuhkan  pada sumbu X:
P = T.
P = 0,0440608 N.m . 31,4 rad/detik P = 0,13835 watt
Untuk  beban  torsi  yang  harus  ditopang  motor stepper  sumbu  X  adalah  0,02968  N.m  Jadi motor  stepper  sumbu  X  dinyatakan Aman 0,0440608 Nm < 6,8 Nm .
2.  Perencanaan Daya Motor pada Sumbu Y
Torsi yang dibutuhkan motor untuk menggerakkan sumbu Y yaitu:
F = m . g
F = 0,770 kg . 9.8 m/s2 F = 7,546 kg.m/s2 (N) F = Gaya yang direncanakan pada sumbu
X (N)
T = F.r
T = 7,546 N . 0,014 m
T = 0,08134 N.m T = Torsi yang direncanakan pada motor
(N.m)
r  = Jari-jari poros penggerak yaitu 14 mm
= 0,014  (m)
Sedangkan    untuk    daya    yang    dibutuhkan pada    motor    stepper  dapat  diketahui  dengan
menghitung  kecepatan  sudut  ( )  terlebih dahulu.
=
= 31,4 rad / detik
Sehingga    dapat    ditentukan    daya    motor yang  dibutuhkan  pada sumbu X :
P = T.
P = 0,08134 N.m . 31,4 rad/detik P = 2,554 watt
Untuk  beban  torsi  yang  harus  ditopang  motor stepper  sumbu  Y  adalah  0,02884  N.m  Jadi motor  stepper  sumbu  X  dinyatakan  Aman 0,08134 Nm < 6,8 Nm .
3. Perencanaan Daya Motor pada Sumbu Z
Torsi yang dibutuhkan motor untuk menggerakkan sumbu X yaitu:
F = m . g F = 0,157 kg . 9.8 m/s2 F = 1,53 kg.m/s2 (N)
F = Gaya yang direncanakan pada sumbu X (N)
T = F.r T = 1,53 N . 0,008 m T = 0,01224 N.m
T = Torsi yang direncanakan pada motor (N.m)
r  = Jari-jari poros penggerak yaitu 8 mm
= 0,008  (m)
Sedangkan    untuk    daya    yang    dibutuhkan pada    motor    stepper  dapat  diketahui  dengan menghitung  kecepatan  sudut  ( )  terlebih dahulu.
=
= 31,4 rad / detik
Sehingga    dapat    ditentukan    daya    motor yang  dibutuhkan  pada sumbu Z :
P = T.
P = 0,01224 N.m . 31,4 rad/detik P = 0,384336 watt
Untuk  beban  torsi  yang  harus  ditopang  motor stepper  sumbu  Z  adalah  0,0104  N.m  Jadi motor  stepper  sumbu  X  dinyatakan Aman 0,0104 Nm  <  3  Nm .  Sedangkan  untuk  daya yang  dibutuhkan  pada  motor  stepper adalah 0,384336 watt.
Berdasarkan    data    yang    didapat    dari perhitungan    torsi  terbesar  dan  daya  terbesar ditentukan  motor  stepper  dengan  daya  dan torsi  yang  lebih  besar  yaitu  P=  20,4  watt  ,  T= 4Kg.Cm  =  0,04  Kg.m  =  3,92x10-1  N.m. Dipilihnya  motor  stepper  karena  harga  yang relatif  lebih  murah  dibanding  dengan  motor servo.

## 3.2 Uji Kelayakan Mesin
Untuk  mengetahui  besarnya  penyimpangan terhadap  ketelitian  perlu  dilakukan  pengujian. Pengujian  awal  yang  harus  dilakukan  yaitu pengujian  geometrik  secara  statik,  yaitu pengukuran  ketelitian  geometri  suatu  mesin yang    dilakukan    dalam        keadaan  diam  (tak bekerja)  dan  tak  dibebani  (Bagiasna  [6]). Pengukuran dilakukan terhadap dimensi geometri  berbagai  elemen  perkakas  dan hubungan gerak relatifnya satu terhadap  yang lain,  seperti  kelurusan  gerakan  carriage carriage terhadap spindle  head dan  lain-lain.
Uji kelayakan mesin meliputi:
1.  Ketegak Lurusan (squarness)
Ketegak  lurusan    pada  mesin    perkakas  pada umumnya  menyangkut  garis,  sumbu  maupun bidang dan ketegak lurusan gerak komponen. Dua  buah  bidang    atau  dua  garis  lurus  atau suatu  garis  lurus  dan  sebuah    bidang dinyatakan tegak   lurus satu terhadap lainnya apabila  penyimpangannya  terhadap  sebuah harga    tegak  lurus  baku  tidak  melapaui  suatu harga  batas  tertentu.    Pada  kenyataannya untuk  pengukuran  besarnya  penyimpangan sering digunakan jam ukur (dial
indicator),sedangkan  sebagai  alat  bantunya digunakan penyiku atau test bar siku.
Gambar 3.
Mengecek Ketagak Lurusan Spindle
2. Kesejajaran (parallelsm)
Dalam  mesin  perkakas  terdapat  bidang, bagian  permukaan,  garis  ataupun  gerakan komponen  yang  dalam  interaksinya  harus sejajar  satu  dengan  lainnya  sedemikian    rupa sehingga  ketelitian  bentuk  maupun  geometric benda  kerja  yang    di  hasilkannya      masih berada dalam batas
toleransi yang direncanakan.
Gambar 4. Mengecek Kesejajaran Untuk Menghasilkan Nilai
Ketelitian Motor

## 3.  Kerataan (flatness)
Suatu  bidang  permukaan  dinyatakan  bila perubahan jarak tegak lurus dari  titik-titik pada permukaan  itu  terhadap  bidang  geometric yang  sejajar  dengan  permukaan  yang  diuji adalah    lebih  kecil    dari    suatu  harga  batas yang  tertentu.  dalam  pengujian      ketelitian geometrik    mesin  perkakas  maka  bidang geometrik    yang    dimaksud    diatas    adalah merupakan bidang referensi.
Gambar 5 . Kerataan Meja Pada Benda Kerja

## 3.3 Penyempurnaan Alat
Penyempurnaan  alat  ini  dilakukan  apabila terhadap  pengujian  terdapat  masalah  atau kekurangan  sehingga  tidak  berfungsi  dengan baik sesuai prosedur tujuan dan  perancangan yang dilakukan.

## IV.KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  design  dan  perencanaan mesin CNC  Router  Portable dapat  diambil kesimpulan sebagai berikut:
1.  Desain CNC Router Portable menggunakan model mesin moving gantry , dengan  tipe  motor spindle menggunakan mini grinder , lalu untuk sistem transmisinya menggunakan ballscrew adapun  untuk bantalan  geraknya  menggunakan bearing berporos atau linear motion guide.
2.  Torsi  pada mini  grinder dan  daya  yang
direncankan  yaitu  T  =  6.912  x  10 ⁻ ⁷  N.  m dengan daya motor maks P = 0.1086 kW.
3.  Daya  yang  diperlukan  pada motor  stepper sumbu X ialah 0.6908 watt dengan voltage sebesar    4.2  V.  Sedangkan  pada motor stepper sumbu  Y  adalah  0.9478  watt dengan voltage sebesar  4.2  V.  Kemudian untuk motor  stepper sumbu  Z  ialah
0.76616  watt  dengan voltage sebesar    8.4
V.
4.  Lalu  dengan  diameter ball  screw 0,008  m dan  pitch  0.002  m  mempunyai  torsi  yang
digunakan untuk menggerakan ballscrew X dan  Z  adalah  0.018972  N.m  sedangkan ballscrew Y  dengan  diameter ballscrew 0.016 m dan pitch gang ballscrew 0.005 m mempunyai torsi untuk menggerakan
ballscrew Y sebesar 0.052632 Nm
5.  Dengan berat yang telah sudah
direncanakan  didapatkan  nilai  gaya  gesek sumbu  X  pada ballscrew ialah  28.55  N.
Kemudian ballscre w  gesek  sumbu  Y adalah  81.76  N.  Dan  untuk  sumbu  Z  gaya geseknya pada ballscrew ialah 24.25 N.
6.  Untuk  hasil  perhitungan  pembebanan
Linear Motion Guide pada sumbu X, Y dan Z  pada  sumbu  X  ialah  22.25  N.  Kemudian untuk sumbu Y total pembebanan nya ialah 78.4  N.  Sedangkan  pada  sumbu  Z mempunyai  total  pembebanan  sebesar 23.53 N.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Medan CNC , 3 Fungsi Utama CNC Router,
https://www.meda NCNC .com/single-
post/jasa-potong- CNC -router,  diakses  Mei
2020
[2]  CNC, https://id.wikipedia.org/wiki/CNC, diakses Mei 2020
[3]  Medan CNC , 3 Fungsi Utama CNC Router, https://www.meda NCNC .com/single-
post/jasa-potong- CNC -router,  diakses  Mei 2020
[4]  Saputra, R. P. dkk, Desain dan Implementasi  Sistem  Kendali CNC Router Menggunakan  PC  Untuk  Flame    Cutting Machine ,    Universitas  Gadjah  Mada,
Yogyakarta, 2011
[5]  Sashank,  T. Structural  Design  Of  3  Axis CNC  Machine  Tool  For  Wood  Carving , Patiala, 2014.
[6]  Bagiasna,  K. Pengetesan    Kondisi    dan Ketelitian  Mesin  Perkakas ,  Bandung:  ITB.,
1999