## Rancang Bangun Acrylic Engraver and Cutting Machine Menggunakan CNC Milling 3 Axis Berbasis Mikrokontroler
Iklil Vurqon Choirony 1) , Mohammad Slamed Hariyanto 2) , Miftachul Ulum 3) , Achmad Ubaidillah 4) , Haryanto 5) dan Riza Alfita 6)
1), 2), 3), 4), 5), 6) Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Trunojoyo Madura
1), 2), 3), 4), 5), 6) Jalan Raya Telang, Kecamatan Kamal 69162, Kabupaten Bangkalan, Jawa Timur e-mail: iklilvurqon@gmail.com 1) , riyanjuventini95@gmail.com 2) , ubaidillah.ms@trunojoyo.ac.id 4) , miftachul.ulum@trunojoyo.ac.id 3) , haryanto@trunojoyo.ac.id 5) , riza.alfita@trunojoyo.ac.id 6)

## ABSTRACT
The purpose of this research is to design and implement an automatic acrylic carving and cutting tool using a microcon- troller-based 3-axis CNC machine. Computer Numerical Control (CNC) is a machine technology that is operated automati- cally to support the demand for a product that has a complex shape and high accuracy. In general, the construction of a 3- axis CNC machine and its working system is synchronization between the computer and its mechanics. This tool has a work process by utilizing the G-Code method as a command on the machine to carry out engraving and cutting automatically. The G-code  was  obtained  from  a  previously  designed  image  and  then  converted  using  the  Aspire  9.0  software.  Engraving  and cutting is done by sending the G-code file to the microcontroller via the Universal G-code Sender software, then the micro- controller  sends  a  signal  to  drive  the  motor  driver  which  then  drives  the  stepper  motor  so  that  the  actuator  movement  is generated according to the image in the G-code file. Simultaneously the spindle motor will be active to engrave or cut acrylic. In this study, a trial scenario was carried out to determine the precision and accuracy of the tool, namely by engraving and cutting  flat  shapes such as squares, circles, triangles and segments. The percentage  of  success generated from this tool is 97,08% to 100%. Furthermore, testing is carried out to make products in the form of engraving writing, logos and calligraphy. Apart from that, we also tested cutting letters and key chains. When the test is carried out, the accuracy level is 1mm.
Keywords: CNC, Stepper Motor, G-code, acrylic

## ABSTRAK
Tujuan  dari  penelitian  ini  yaitu  merancang  dan  merealisasikan  suatu  alat  ukir  dan  potong  akrilik  secara  otomatis menggunakan mesin CNC 3-axis berbasis mikrokontroler . Computer Numerical Control ( CNC ) merupakan teknologi permesi- nan yang dioperasikan otomatis untuk  menunjang kebutuhan akan permintaan suatu  produk yang mempunyai  bentuk  yang kompleks dan ketelitian tinggi. Secara umum  konstruksi  mesin CNC 3-axis dan  sistem kerjanya adalah sinkronisasi  antara komputer dan mekaniknya. Pada alat ini memiliki proses kerja dengan memanfaatkan metode G-Code sebagai perintah pada mesin untuk melakukan pengukiran dan pemotongan secara otomatis. G-code diperoleh dari gambar yang sebelumnya telah didesain  kemudian dikonversikan melalui software Aspire 9.0. Pengukiran dan pemotongan dilakukan dengan cara mengi- rimkan file G-code kepada mikrokontroler melalui software Universal G-code Sender , kemudian mikrokontroler mengirimkan sinyal untuk menggerakkan driver motor yang kemudian menggerakkan motor stepper sehingga dihasilkan gerakan aktuator sesuai dengan gambar pada file G-code. Secara bersamaan motor spindle akan aktif untuk mengukir atau memotong akrilik. Pada penelitian ini dilakukan skenario uji coba untuk mengetahui kepresisian dan ketelitian alat yaitu dengan cara melakukan pengukiran dan pemotongan berbentuk bangun datar seperti persegi, lingkaran, segitiga dan  segi delapan. Persentase keber- hasilan yang dihasilkan dari alat ini 97,08% sampai 100%. Selanjutnya dilakukan pengujian membuat produk berupa ukiran tulisan, logo dan kaligrafi. Selain itu dilakukan pengujian pemotongan huruf dan gantungan kunci. Ketika dilakukan pengujian dihasilkan tingkat ketelitian sebesar 1mm.
Kata Kunci : CNC, Motor stepper, G-code, akrilik

## I. P ENDAHULUAN
ada  era  revolusi  industri  yang  telah  memasuki revolusi industri 4.0 mengakibatkan perkembangan  dunia  industri  menjadi  sebuah industri  yang  berteknologi  cerdas.  Kemajuan  industri yang  menghasilkan  kemudahan  dalam  meningkatkan kinerja  pabrik  sehingga  hasil  yang  didapatkan  sesuai dengan  target  dari  industri  tersebut.  Teknologi  dibuat pada dasarnya untuk memudahkan kinerja manusia baik halnya  pekerjaan  yang  berat  hingga  pekerjaan  yang ringan  dan  dari  pekerjaan  yang  rumit  ataupun  sulit hingga  ke  pekerjaan  yang  mudah.[1]  Teknologi  yang
maju tidak luput dari perkembangan ilmu pengetahuan manusia.  Ilmu  yang  terus  berkembang  seiring perkembangan  zaman  dan  diperlukannya  teknologi tersebut  semakin  banyak  manusia  yang  berlomba- lomba  maupun  bersaing  untuk  menemukan  teknologi yang canggih. Hingga ilmu dan teknologi tersebut bisa dirasakan  hingga  saat  ini  perbedaannya  dari  waktu  ke waktu.[2]
Perkembangan mesin teknologi yang diciptakan se- bagai  alat  mempermudah  kegiatan  manusia  dengan penggunaan teknologi komputer ke dalamnya sehingga berdampak  pada  penggunaan  sistem  otomasi.  Sistem otomasi  merupakan  suatu  teknologi  yang  berkaitan
P
dengan  aplikasi  mekanik,  elektronik  dan  sistem  yang berbasis  komputer.  Dengan  adanya  sistem  tersebut, maka pekerjaan-pekerjaan yang dilakukan secara otom- atis  sehingga  mempermudah  dan  menghemat  tenaga manusia. Teknik kontrol yang digunakan pun begitu be- ragam  sehingga  mendapatkan  tingkat  kecepatan, keefisienan dan keakuratan yang tinggi. Computer Nu- merical Control (CNC) merupakan salah satu perkem- bangan teknologi permesinan yang dioperasikan secara otomatis  yang  dapat  menunjang  kebutuhan  akan  per- mintaan  suatu  produk  yang  mempunyai  bentuk  yang kompleks, ketelitian yang tinggi dan dapat mengerjakan benda-benda  yang  tidak  mampu  dilakukan  dengan permesinan  konvensional.  Sistem  pengoperasian CNC menggunakan  program  yang  dikontrol  langsung  oleh komputer.  Secara  umum  konstruksi  mesin  perkakas CNC dan  sistem  kerjanya  adalah  sinkronisasi  antara komputer dan mekaniknya.[3][4][5]
Dalam  masyarakat  proses  pemotongan  dan  pen- gukiran  akrilik  masih  banyak  yang  menggunakan  alat yang kurang  efektif.  Untuk  mengatasi  masalah  seperti efisiensi waktu, ketepatan ukir dan pemotongan, custom bentuk akrilik serta biaya. Maka diperlukan penggunaan mesin ukir dan pemotong yang bekerja secara otomatis. Sehingga alat tersebut dapat membuat suatu karya sep- erti  gantungan  kunci,  plakat,  kotak  barang  dan  benda seni  lainnya.[6]  Oleh  karena  itu,  penulis  melakukan suatu penelitian berjudul Rancang Bangun Mesin Ukir dan  Pemotong  Akrilik  Menggunakan CNC  Milling  3- Axis Berbasis Mikrokontroler. Hasil yang diperoleh di- harapkan  memiliki  pemotongan  dan  pengukiran  yang halus  pada  permukaan  benda  datar  yang  diproses. Penelitian ini difokuskan pada pemilihan komponen sis- tem  kontrol, perakitan  sistem interface ,  sehingga  kon- struksi mekanik mesin CNC terhubung dengan mikro- kontroler  yang  dikendalikan  oleh personal  computer (PC) sehingga menghasilkan mesin CNC yang bekerja dengan  maksimal  sebagai  teknologi  tepat  guna  dalam membantu  pekerja  industri  kreatif  dibidang akrilik . Selain itu alat tersebut diharapkan dijadikan suatu ino- vasi oleh mahasiswa dalam membuat suatu karya mau- pun benda pendukung yang berbahan akrilik.[7][8]

## II. T INJAUAN P USTAKA

## A. Computer Numerical Control (CNC)
Secara  garis  besar  pengertian  mesin CNC adalah suatu  mesin  yang  dikontrol  oleh  komputer  dengan menggunakan bahasa numerik. Mesin CNC mesin yang pengoperasian  dikendalikan  melalui  program  yang  di- akses dengan komputer. Pengoperasian mesin CNC ber- jalan  otomatis  dengan  memasukkan  data  program dengan  benar.  Data-data  program  yang  dimasukkan adalah  data  perintah  gerakan  permesinan  yang  telah disusun  dengan  bahasa  pemrograman.  Bahasa  pem- rograman yang digunakan berupa bahasa numeric , yaitu kombinasi huruf dan angka. Sebagai contoh: jika pada
program mesin ditulis M05 maka spindel utama mesin akan  berhenti  berputar  dan  jika  ditulis M30 spindel utama mesin akan berputar.[10]
Gambar 1. Sistem dasar CNC
Computer Numerical Control (CNC) adalah sebuah mesin yang digunakan untuk manufaktur yang melibat- kan komputer untuk mengontrol mesin perkakas. Dalam hal ini mesin perkakas biasa ditambahkan dengan motor yang akan menggerakkan pengontrol mengikuti titik-ti- tik  yang  dimasukan  ke  dalam  sistem.  Mesin CNC dikendalikan  oleh  komputer  yang  menggunakan G- Code. G-Code terdiri dari perintah koordinat pada axis yaitu  sebagai  contoh  sumbu  X,  sumbu  Y,  dan  sumbu Z.[9] Mesin CNC adalah perpaduan motor stepper dan controller .  Saat  ini  mesin CNC mempunyai hubungan yang  sangat  erat  dengan  program CAD .  Mesin-mesin CNC dibangun  untuk  menjawab  tantangan  di  dunia manufaktur modern .  Dengan  mesin CNC ,  ketelitian suatu  produk  dapat  dijamin  hingga  1/100  mm  lebih, pengerjaan produk masal dengan hasil yang sama persis dan waktu permesinan yang cepat.[10]
B. G-Code G-code merupakan sebuah fungsi yang digunakan  dalam  bahasa  pemrograman Computer  Nu- merical Control (CNC) yang paling banyak digunakan. G-code digunakan  terutama  dalam  proses  manufaktur dibantu  komputer  untuk  mengontrol  peralatan  mesin. G -code adalah  bahasa  yang  digunakan  teknisi  untuk memberi  tahu  jalur  peralatan  mesin  terkomputerisasi dan tahapan kerja serta alat untuk membuat sesuatu. G- code mengandung  informasi  posisi  sebuah  alat  untuk melakukan sebuah pekerjaan di pabrik G-code terpisah dari M-code dan T-code yang  mengontrol  mesin  dan alat  pabrik.  Walaupun G-code adalah  istilah  yang  bi- asanya  digunakan  untuk Numerical  Control  (NC), sebenarnya G-code hanyalah  sebuah  komponen  dan bekerja  bersama  dengan  kode-kode  lainnya  untuk melakukan tugas-tugas yang seharusnya. Versi standar G-code dikenal  sebagai RS-274D .[13]  Versi-versi lainnya  juga  ada  untuk  mesin CNC dengan  masalah kompatibilitas.  Karena G-co de  adalah  kode  persiapan, dalam program CNC mereka mulai dengan huruf G dan mengarahkan mesin. Tindakan-tindakan yang umumnya diarahkan G-code meliputi mengubah sebuah pallet,  gerakan  cepat,  serangkaian  gerakan feed yang terkontrol,  menghasilkan  potongan  barang,  lubang  di bor atau bentuk dekoratif, mengontrol gerakan feed , da- lam garis busur atau lurus, dan mengatur informasi alat.

## C. Maker base Controller
Maker  base  Controller merupakan  papan  kontrol yang menggunakan chip Atmega 328p dari Atmel , sis- tem kontrol ini memiliki kemampuan untuk menghub- ungkan  sinyal  data  dari  komputer  baik  input  maupun output  kepada  aktuator.  Alat  ini  difungsikan  sebagai penghubung sinyal data dari komputer penggerak sep- erti motor stepper . Biasanya kontrol tersebut digunakan untuk  mengoperasikan  mesin CNC  3 axis .  Dengan menggunakan suplai daya sebesar 12 volt.
Gambar 2. Makerbase controller
Pada controller tersebut,  terdapat  bagian-bagian yang  memiliki  fungsi  tertentu.  x,  y,  dan  z  motor digunakan sebagai output motor stepper dan driver mo- tor. Dalam modul tersebut terdapat x, y, dan z end stop yang  digunakan  untuk  masukan micro  limit  switch. Selain  itu  juga  terdapat output berupa motor  spindle DC.  Controller tersebut  dapat  menerima firmware GRBL. [11]

## D. Motor Stepper
Motor  Stepper adalah  seperangkat  alat  el- ektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa el- ektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor step- per bergerak  berdasarkan  urutan  pulsa  yang  diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan  pengendalian motor  stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik seperti driver mo- tor. Adapun konstruksi dasar dari motor stepper sebagai berikut.[12]
Gambar 3. Konstruksi dasar motor stepper
Penggunaan motor  stepper memiliki  beberapa keunggulan  dibandingkan  dengan  penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya yaitu sudut rotasi motor pro- porsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.[13]  Motor  dapat  langsung  memberikan  torsi
pada  saat  mulai  bergerak,  posisi  dan  pergerakan  rep- ertisinya  dapat  ditentukan  secara  presisi,  memiliki  re- spon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran),  sangat  reliabel  karena  tidak  adanya  sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC , dapat  menghasilkan  perputaran  yang  lambat  sehingga beban  dapat  di kopel  langsung  ke porosnya, selain  itu frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.[14] Pada perancangan sis- tem  alat  yang  akan  dibuat  menggunakan  jenis motor stepper  bipolar yaitu motor  stepper dengan  jenis nema23 untuk  3  sumbu  dengan  torsi  sebesar 270  Oz- inch , sehingga kedua motor tersebut mampu berfungsi sebagai  penggerak axis pada  mekanik  mesin CNC dengan baik.

## E. Driver Motor Stepper
Driver motor merupakan komponen yang berfungsi untuk  mengkomunikasikan controller dengan  aktuator serta  memperkuat  sinyal  keluaran  dari controller se- hingga dapat dibaca oleh aktuator. Driver Motor Step- per digunakan sebagai sebuah pengontrol untuk menga- tur  arah  dan  kecepatan  putaran  pada motor stepper . Driver  Motor  Stepper tersebut  akan  mengendalikan sumber tegangan yang masuk pada Motor Stepper yang berasal  dari  mikrokontroler.  Dalam  perancangan  ele- men kontrol motor driver yang akan digunakan adalah TB6600. [9][10]
Gambar 4. Driver motor stepper TB6600

## F. Motor Spindle
Motor  spindle merupakan  bagian  dari  mesin  yang akan menjadi rumah cutter atau engrave (pengukir atau pemotong). Spindle inilah yang akan mengatur putaran dan pergerakan cutter/engrave pada  sumbu  Z. Spindle selanjutnya  digerakkan  oleh motor  stepper yang dilengkapi  dengan  sistem  transmisi leadscrew dan kopling .[14]
Gambar 5. Motor spindle
Spindle adalah bagian yang sangat penting pada me- sin  karena  komponen  ini  yang  akan  melakukan  pen- gukiran  atau  pemotongan langsung  pada  benda  kerja yang akan diproses.[15] Untuk menghasilkan hasil yang maksimal  dalam  pengukiran  dan  pemotongan  akrilik. Diperlukan spindel yang  memiliki  kecepatan  tinggi. Trimmer motor spindle memiliki kecepatan tanpa beban yaitu 30.000 rpm dengan daya sebesar 450 watt dan te- gangan 220 V AC . Spindel dengan spesifikasi dipilih un- tuk mempercepat pekerjaan, memaksimalkan kekuatan mata CNC yang dipilih sehingga memiliki sayatan yang halus.

## III. M ETODE P ENELITIAN
A. Alur Kerja Sistem
Rancang  bangun  rancang  bangun acrylic  engraver and cutting machine menggunakan CNC milling 3 axis berbasis  mikrokontroler  terdiri  dari  3  tahap,  yaitu perancangan perangkat keras (Hardware), perancangan perangkat lunak (software), dan pengujian kinerja alat.

## Gambar 6. Alur kerja sistem

## 1) Hardware
Pada bagian ini memperlihatkan prinsip kerja umum sistem  yaitu  dimulai  dari PC yang  berfungsi  untuk mendesain  mengkonversi  file  gambar  menjadi  file G- code yang terdiri dari koordinat. Selain itu, PC juga se- bagai interface antara  pengguna  dengan  alat  agar pengguna  dapat  mengetahui  kerja  alat,  setelah mendesain pada komputer dan diubah dalam bentuk G- code maka, controller menerima  data G-code dari PC serta sebagai otak dari mesin untuk menjalankan aktua- tor. Untuk aktuator nya sendiri yaitu menggunakan mo- tor stepper yang berfungsi sebagai penggerak alat pada sumbu x, y dan z .  Motor stepper dikontrol oleh control- ler dengan menggunakan driver stepper. Motor stepper tersebut akan menggerakkan semua axis pada mesin.
Driver motor yang digunakan adalah TB6600 untuk kontrol setiap motor stepper, sedangkan motor spindle digunakan untuk  pengukiran  pada  akrilik. Motor  step- per x digunakan untuk pergerakan kanan dan kiri pada sisi atas. Motor stepper y digunakan untuk pergerakan maju  dan  mundur  pada  sisi  bawah. Motor  stepper z digunakan  untuk  pergerakan  ke  atas  dan  ke  bawah dengan dipasang motor spindle pengukir.

## Gambar 7. Desain alat keseluruhan
Desain alat keseluruhan pada gambar 7 diatas meru- pakan  komponen  utama  pada  desain  mekanik CNC  3 axis. Adapun keterangan dari nomor yang ditunjukkan pada gambar sebagai berikut.
1. Motor stepper sumbu X 2. Sistem penggerak leadscrew pada sumbu Y 3. Motor stepper sumbu Z 4. Penampang penggerak sumbu Y
5. Sistem penggerak leadscrew pada sumbu Y
6. Sistem penggerak leadscrew pada sumbu Z 7. Motor spindle 8. Alas dimensi kerja 9. Motor stepper sumbu Y 10. Besi kerangka utama 2) Software
Dalam menjalankan sebuah mesin CNC 3 axis mem- butuhkan  beberapa software guna  tercapai  suatu perangkat  yang  dapat  bekerja  secara  maksimal. Perangkat lunak merupakan aplikasi atau software yang digunakan untuk  memprogram  dan  mengontrol  proses jalannya  mesin  dalam  mengerjakan  suatu  tugas. Perangkat  lunak  akan  menunjang  semua  proses  yang dilakukan  oleh  mesin. Software yang  digunakan  yaitu aspire 9.0 dan universal G-code sender. Proses meng- gambar desain vektor, memilih pengaturan toolpath dan hingga  menjadi  suatu  simulasi  pengukiran  dan  pemo- tongan dilakukan pada software aspire 9.0. Desain yang dihasilkan  disimpan  dalam  bentuk G-code. Universal G-code sender digunakan untuk memanggil file G-code yang  disimpan  sebelumnya  untuk  dijalankan  sebagai perintah pergerakan motor stepper.

## B. Flowchart Sistem
Alur pengujian cara kerja sistem mesin pengukir dan pemotongan akrilik dari awal desain hingga selesai dan menghasilkan  suatu  goresan  atau  ukiran  dijelaskan dengan flowchart sistem berikut.

## Gambar 8. Flowchart sistem kerja alat
Pada flowchart  sistem di  atas  memiliki  beberapa tahapan-tahapan  proses  seperti input desain,  konversi dari gambar ke file G-code , G-code menjadi step setiap axis pengaturan titik koordinat (0,0), sampai proses pen- gukiran  dan  pemotongan  akrilik  hingga  selesai. Input desain  merupakan  sebuah  proses  desain  gambar  yang akan  dibuat. Input desain  ini  juga  terjadi  proses  me- masukkan desain gambar ke software pengubah gambar G-code yaitu Aspire  9.0 untuk  dijadikan file G-code . Dari gambar yang telah dibuat dan telah dikonversikan ke G-code kemudian input G-code file ke software Uni- versal G-code Sender sebagai kontrol dari PC ke mesin. Selanjutnya jika telah terdapat file G-code, maka terjadi proses G-Code menjadi suatu koordinat step pada setiap axis. Sebelum melakukan proses pengukiran, posisikan dan atur secara manual koordinat di titik (0,0) dan reset zero agar pengukiran dan pemotongan dilakukan pada titik yang telah ditentukan dilanjutkan dengan menekan tombol running. Motor stepper dan motor spindle akan aktif  dan  bekerja  sesuai G-code yang  telah  dibuat. Ketika semua motor aktif maka pengukiran dan pemo- tongan  dapat  langsung  dilakukan  secara  otomatis. Ukiran dan pemotong dilakukan sesuai desain yang te- lah dibuat, mesin akan terus bekerja sebelum seluruh G- code telah  habis  diselesaikan.  Setelah  pengukiran selesai dilakukan, maka sumbu x, y, dan z kembali ke titik (0,0) sesuai koordinat yang telah ditentukan sebe- lumnya.

## C. Skenario Pengujian
Pada pengujian sistem kerja mesin CNC 3-axis dil- akukan beberapa percobaan diantaranya yaitu mengukir dan memotong bangun datar untuk membuktikan ting- kat  ketelitian  dan  akurasi  dari  mesin CNC yang  telah dibuat.  Selanjutnya  dilakukan  5  kali  percobaan  men- gukir  dan  memotong  diantaranya  yaitu  mengukir  tuli- san,  mengukir  logo,  mengukir  akrilik,  memotong  tuli- san dan memotong bentuk gantungan kunci.
Gambar 9. Desain ukir nama pada aspire
Gambar 10. Desain ukir logo pada aspire
Gambar 11. Desain ukir kaligrafi pada aspire
Gambar 12. Desain potong tulisan pada aspire
Gambar 13. Desain potong bentuk gantungan kunci pada aspire

## IV. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Hasil  dari  penelitian  yang  telah  dilakukan  yaitu berupa rancangan alat untuk melakukan tugas mengukir dan memotong akrilik. Pada perancangan ini membahas tentang  spesifikasi CNC yang  telah  dibuat. CNC yang telah  dibuat  akan  dilakukan  pengujian  sistem  secara keseluruhan  dari  proses  pengoperasian  sampai  mem- peroleh suatu benda berupa ukiran akrilik.
Gambar 14. Hasil Perancangan mesin CNC 3-axis
Pada  gambar  diatas  merupakan  hasil  perancangan perangkat  keras  atau hardware yang  digunakan  pada CNC ukir  akrilik.  Dimana  pada  kerangka  utamanya menggunakan besi hollow dengan ketebalan  2mm dan memiliki  dimensi  25mm×25mm.  Terdapat  beberapa komponen  yang  digunakan  pada CNC tersebut  yaitu power  supply yang  memiliki  kapasitas  tegangan  24V dengan arus 10A sebagai penyuplai tegangan driver mo- tor stepper sebagai driver yang terhubung pada aktuator berupa motor stepper nema23. Pada setiap axis -nya ter- dapat dua stainless optical axis atau as polos yang se- jajar  dengan leadscrew. Untuk axis x  dan  y menggunakan leadscrew dengan  panjang  115cm,  se- dangkan untuk z axis -nya memiliki panjang 20cm.
A. Kalibrasi Motor Stepper
Konfigurasi  pergerakan motor  stepper sangat  ber- pengaruh pada hasil yang diperoleh melalui pengukiran oleh motor  spindle .  Hasil  ukiran  yang  dibuat  harus memiliki tingkat kepresisian yang tinggi sesuai dengan desain  yang  dibuat.  Oleh  karena  itu,  sebelum  mulai menjalankan mesin guna untuk melakukan proses pen- gukiran, perlu adanya suatu kalibrasi untuk menghasilkan nilai yang digunakan dalam menentukan tingkat ketelitian mesin. Sehingga perlu dilakukan kali- brasi motor stepper untuk mendapatkan nilainya.
Pada  kalibrasi motor  stepper ini,  dilakukan  perhi- tungan bagaimana cara menentukan pergerakan putaran motor stepper agar setiap 1 step- nya gerak dengan jarak 1mm.  Sehingga  pergerakan  putaran motor  stepper memiliki tingkat akurasi 1mm. Kalibrasi motor stepper dapat dihitung menggunakan persamaan berikut ini.[13]
Sm = 𝑆𝑟𝑒𝑣×𝑓𝑚 𝑝×𝑁𝑡 Dimana,
Sm = stepper milimeter
Srev = jumlah step per putaran
fm = microstep factor p = picth pada leadscrew Nt
= jumlah pitch dalam satu start Dari persamaan tersebut  dilakukan perhitungan un- tuk  menentukan  pergerakan motor  stepper agar menghasilkan 1mm pada setiap step -nya. Driver motor yang digunakan yaitu jenis TB6600 dengan pengaturan mikrostep yang  digunakan yaitu  8,  sehingga pulsa/rev yang digunakan yaitu 1600. Leadscrew yang digunakan pada mesin memiliki jenis T12 yang memiliki diameter 12mm,  pitch  2mm  dengan  4 start .[14] Motor  stepper yang  digunakan  yaitu Nema23 yang  memiliki  derajat sebesar  1.8º  untuk  360º  derajat.  Sehingga  diperoleh perhitungan sebagai berikut.
Srev = 360° 1.8° = 200 step
Jadi, untuk menentukan nilai mm per step dapat di- hitung dengan persamaan diatas yaitu sebagai berikut.
S m = 𝑆𝑟𝑒𝑣×𝑓𝑚 𝑝×𝑁𝑡 = 200×8 2×4 = 200 step

## B. Firmware Settings
Pada Universal  G-code  Sender terdapat firmware settings untuk  memasukkan hasil  perhitungan.  Simbol $100,  $101, dan $102 merupakan  pengaturan  perge- rakan setiap 1 step pada motor stepper sumbu x, y, dan z. Dimana kita harus memasukkan nilai 200 pada $100 , $101, dan $102 tersebut. Berikut gambar firmware set- tings pada Universal G-code Sender .
Gambar 15. Implementasi setting firmware

## C. Analisis Hasil Percobaan
Pada  pengujian  mengukir  pola  garis  persegi  dil- akukan  lima  kali  percobaan  dengan  ukuran  sisi  yang berbeda-beda. Pengujian menggunakan mata CNC end mill berukuran  2mm.  Dalam  perhitungan  tersebut  dil- akukan  uji  coba  untuk  menentukan  kepresisian  hasil ukiran  dengan  desain  yang  telah  dibuat.  Akrilik  yang digunakan  dalam  pengujian  memiliki  ketebalan  3mm. Pengukiran dilakukan dengan ketebalan 1mm ke dalam.
Tabel 1. Hasil ukir bangun datar persegi
No Gambar hasil ukir persegi Dimensi desain (mm) Dimensi hasil (mm) Waktu 1 s = 20 s =20,6 28 detik 2 s = 25 s =25,1 34 detik 3 s = 30 s =30,1 43 detik 4 s = 40 s = 40 48 detik 5 s = 50 s =50,5 57 detik
Dari  Tabel  1  diatas  kemudian dicari  persentase  keber- hasilan  hasil  pengukiran  dengan  menggunakan  rumus berikut ini.
persentase keberhasilan = Dimensi desain
Dimensi hasil 𝑥 100% persentase keberhasilan 1 = 20 20,6 𝑥 100% = 97,08%
persentase keberhasilan 2 = 25
25,1 𝑥 100% = 99,6%
persentase keberhasilan 3 = 30
30,1 𝑥 100% = 99,67%
persentase keberhasilan 4 = 40 40 𝑥 100% = 100%
persentase keberhasilan 5 = 50
50,5 𝑥 100% = 99%
Persentase keberhasilan diatas membuktikan bahwa hasil percobaan pengukiran yang telah dilakukan mem- iliki kesalahan yang sangat kecil. Kesalahan terjadi bi- asanya terjadi karena mata CNC yang kurang tegak lu- rus pada collet motor spindle.
Selanjutnya  dilakukan  pengujian  pemotongan bangun  datar  lingkaran  dilakukan  lima  kali  percobaan dengan  ukuran  sisi  yang  berbeda-beda.  Pengujian menggunakan mata CNC endmill berukuran 3mm. Da- lam  percobaan  tersebut  berfungsi  untuk  menentukan kepresisian  hasil  ukiran  dengan  desain  yang  telah dibuat. Akrilik yang digunakan dalam pengujian mem- iliki ketebalan 3mm.
Tabel 2. Hasil potong bangun datar lingkaran
No Gambar hasil potong lingkaran Dimensi desain (mm) Dimensi hasil (mm) Waktu 1 d = 20 s =20,1 1 menit 53 detik 2 d = 25 s =25,1
2 menit 12 detik 3 d = 30 s =30,3 2 menit 30 detik 4 d = 40 s = 40,1 3 menit 14 detik 5 d = 50 s =50,2 3 menit 38 detik
Dari  Tabel  2  diatas  kemudian dicari  persentase  keber- hasilan hasil pemotongan dengan menggunakan rumus berikut ini.
persentase keberhasilan = Dimensi desain Dimensi hasil 100% persentase keberhasilan 1 = 20 20,1 𝑥 100% = 99,5%
persentase keberhasilan 2 = 25 25,1 𝑥 100% = 99,6%
persentase keberhasilan 3 = 30 30,3 𝑥 100% = 99%
persentase keberhasilan 4 = 40 40,1 𝑥 100% = 99,75%
persentase keberhasilan 5 = 50 50,2 𝑥 100% = 99,6%
Persentase keberhasilan diatas membuktikan bahwa hasil percobaan pengukiran yang telah dilakukan mem- iliki kesalahan yang sangat kecil. Kesalahan terjadi bi- asanya terjadi karena mata CNC yang kurang tegak lu- rus pada collet motor spindle.
Pada  pengujian  ini,  dilakukan  percobaan  mengukir huruf  untuk  dijadikan  suatu  produk  papan  nama. Lembar  kerja  yang  digunakan  berukuran  25cm×6cm. Dalam  pembuatannya  bahan  yang  digunakan  yaitu akrilik  berwarna  putih  solid  yang  memiliki  ketebalan 3mm.  Pada  pengukiran  tersebut  menggunakan  mata CNC endmill berukuran  3mm. Setting  feed  rate yang digunakan yaitu 300 untuk memperoleh hasil ukir yang
halus. Waktu yang diperlukan dalam pengukiran terse- but yaitu 16 menit 42 detik dengan perulangan ukiran 2 kali dengan kedalaman 0,5mm. Berikut ini ukir tulisan.

## Gambar 16. Hasil ukir tulisan
Pembuatan  ukiran  logo  memiliki  detail  yang  lebih tinggi. Dalam percobaan kali ini, digunakan logo Uni- versitas  Trunojoyo  Madura  sebagai  percobaan.  Logo Universitas  Trunojoyo  Madura  memiliki  detail  desain yang tinggi sehingga mata CNC yang digunakan harus memiliki ujung yang kecil. Oleh karena itu, digunakan mata CNC dengan jenis v-bit engraving dengan ukuran pemakan  0,5mm,  sudut  60°  dan shaft berukuran 3,175mm.  berikut  ini  hasil  ukir  logo  yang  telah dihasilkan.

## Gambar 17. Hasil ukir logo
Lembar  kerja  yang  dibuat  dalam  desain  memiliki ukuran  17cm×17cm  dan  desain  logo  memiliki  ukuran 14cm×14cm.  sebelum  dilakukan  pengukiran  gambar dengan  format jpg harus  dirubah  terlebih  dahulu menjadi sebuah garis vektor.
Pengujian  ukiran  selanjutnya  yaitu  pembuatan ukiran kaligrafi memiliki akselerasi yang tinggi. Ukiran kaligrafi memiliki detail desain yang tinggi. Mata CNC dengan jenis endmill dengan ukuran 1mm. Desain yang digunakan dalam desain memiliki format jpg.

## Gambar 18. Hasil ukir kaligrafi
Sebelum  dilakukan  pengukiran  gambar,  format gambar jpg harus  dirubah  terlebih  dahulu  menjadi sebuah  garis  vektor.  Lembar  kerja  yang  dibuat  dalam desain  memiliki  ukuran  17cm×13,5cm  dan  desain
kaligrafi  memiliki  dimensi  ukuran  11cm×11,5cm. Akrilik  yang  digunakan  dalam  pembuatan  ukiran kaligrafi ini memiliki ketebalan 5mm berwarna bening. Hasil ukiran memiliki tekstur yang halu dan rapi.
Pada  percobaan  selanjutnya  mencoba  membuat produk  berupa  pemotongan  nama.  Mata CNC yang digunakan  yaitu  berjenis end  mill berdiameter  1mm yang diharapkan bisa lebih presisi jika membuat sebuah produk. Ketebalan akrilik yang digunakan yaitu 3mm. Pada  pemotongan  nama  terdapat  2  bagian  yaitu  yang pertama  adalah  huruf  yang  dipotong  dan  yang  kedua yaitu pembuatan bayangan di belakang huruf.

## Gambar 19. Hasil potong huruf
Lembar kerja yang digunakan yaitu x = 200mm, y = 60mm  dan  z  =  3mm.  Dari  percobaan  tersebut  mesin CNC melakukan pemotongan nama selama 17 menit 45 detik  dan  pemotongan  bayangan  selama  12  menit  45 detik.  Dengan  pengaturan feed  rate 200  supaya  mata CNC tidak  mengalami  kerusakan.  Mata CNC yang digunakan  yaitu  berjenis end mill  dengan  diameter 1mm.  Dengan  menggunakan  pengaturan  tersebut mendapatkan hasil yang presisi.
Pada software Aspire dapat mengubah gambar ber- format PNG menjadi format vektor sesuai dengan for- mat file yang bisa dibaca untuk diubah dalam bentuk G- code . Lembar kerja yang digunakan yaitu x = 60mm, y = 150mm dan z = 3mm. Ukuran gambar apel tersebut adalah  55mm×54mm . Ukuran  gambar  orang  mengen- darai motor tersebut adalah 73mm×50mm. Dari perco- baan tersebut mesin CNC langsung memotong dua de- sain  tersebut  sekaligus  dan melakukan  pemotongan selama 20 menit 42 detik. Dengan pengaturan feed rate 200  supaya  mata CNC tidak  mengalami  kerusakan. Dengan  menggunakan  pengaturan  tersebut  diharapkan akan  mendapatkan  hasil  yang  presisi.  Akrilik  yang digunakan  berwarna  merah  bening.  Berikut  ini  adalah hasil  dari  pemotongan  gantungan  kunci  yang  telah dibuat.

## Gambar 20. Hasil produk gantungan kunci

## V. K ESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisis,  implementasi  dan pengujian pembuatan ukiran pada akrilik menggunakan CNC  engraving ,  dapat  ditarik  kesimpulan  rancang
bangun CNC 3  axis memiliki  dimensi  keseluruhan 130cm×120cm dengan dimensi kerja 98cm×95cm yang digunakan  untuk  ukir  akrilik  diharapkan  dapat membantu  proses  ukir  akrilik  dengan  cepat  dan memiliki akurasi yang tinggi. Kalibrasi pergerakan mo- tor  stepper sangat  berpengaruh  pada  hasil  yang  di- peroleh, pergerakan putaran motor stepper harus mem- iliki  tingkat  ketelitian  1mm pada  setiap step- nya. Ber- dasarkan  hasil  pengujian  yang  telah  dilakukan,  hasil pengukiran dan pemotongan akrilik dari alat  ini mem- iliki  persentase  keberhasilan  sebesar  97,08%  sampai 100%.  Desain  yang  dibuat  berpengaruh  pada  ukuran dan  jenis  mata CNC yang  akan  digunakan  untuk mendapatkan  ketelitian  dan  akurasi  yang  tinggi.  Hasil ukiran  dan  pemotongan  yang  telah  dibuat  perlu  dil- akukan finishing dengan cara menghaluskan permukaan ukiran yang kurang rata.

## D AFTAR P USTAKA
[1]  A.  Gumelar,  “Rancang  Bangun  Cnc  (Computer Numerically  Controlled)  PCB  Layout  Berbasis Mikrokontroler  P-  ISSN :  2302-3295,”  vol.  8,  no.  3, 2020.
[2]  M.  Jufrizaldy,  “Rancang  Bangun  Mesin  CNC  Milling Menggunakan System Kontrol GRBL Untuk Pembuata Layout PCB,” vol. 4, no. 1, 2020.
[3]  D. S. Widodo et al. , “Rancang Bangun Mesin CNC 3- Axis Berbasis Mikrokontroler Arduino,” pp. 300–308,
2019.
[4]  A.  S.  dan  K.  Suharto,  Kunto  Purbono,  “Grafir  Batu Alam dengan Mesin CNC Router untuk Meningkatkan Ragam Produk Kreatif Indonesia,” vol. 7, no. 2, pp. 1– 7, 2017.
[5]  A. Eko and M. Darwis, “Rancang Bangun Mesin Laser Engraver and Cutter Untuk Membuat Kemasan Modul Praktikum Berbahan Akrilik,” vol. 2, no. 1, pp. 40–50, 2020.
[6]  I. S. Harrizal, A. Prayitno, J. T. Mesin, U. Riau, K. Bina, and  W.  Panam,  “Rancang  Bangun  Sistem  Kontrol Mesin  CNC  Milling  3  axis  Menggunakan  Close  Loop System,” pp. 1–8, 2017.
[7]  M. Prashil, N. Patel, M. Shreyas, D. Pavagadhi, and S. G. Acharya, “Design  and Development  of Portable 3- Axis CNC Router Machine,” Int. Res. J. Eng. Technol. , pp. 1452–1455, 2019.
[8]  K. J. Madekar, K. R. Nanaware, P. R. Phadtare, and V. S.  Mane,  “Automatic  mini  CNC  machine  for  PCB drawing and drilling,” 2016.
[9]  R. Ginting, S. Hadiyoso, and S. Aulia, “Implementation 3-Axis CNC Router for Small Scale Industry,” vol. 12, no. 17, pp. 6553–6558, 2017.
[10]  S. Samsiana and S. Marini, “Motor Stepper pada Mesin Labelling,” vol. 1, no. 2.
[11]  A.  Mujadin  and  D.  Astharini,  “Uji  Kinerja  Modul Pelatihan Motor Penunjang Mata Kuliah Mekatronika,” J. Al-AZHAR Indones. SERI SAINS DAN Teknol. , vol. 3, no. 3, p. 127, 2017.
[12]  F. Ridwan and A. Novriheldi, “METAL : Jurnal Sistem Mekanik  dan  Termal  Rancang  Bangun  Mesin  CNC  2 Sumbu,” vol. 02, pp. 91–98, 2017.
[13]  W.  Abdi,  “Rancang  Bangun  Woodworking  CNC Machine (WCM) 3 Axis (X,Y,Z) Menggunakan Motor Stepper Mach3 PC Base,” 2017.
[14]  Y. Dhaware, P. Palkuntwar, H. Narkhede, R. Meher, P. Chavan,  and  B.  Gandevia,  “Review  on  Comparative Analysis  of  Ball  Screw  &  Lead  Screw,”  no.  June,  pp. 769–772, 2019.
[15] Addinul, Fahmi, haq “Mengatur Kecepatan Motor DC Spindle Berbasis PWM (Pulse Width Modulation) pada Mesin CNC Portable. 2017.