## SINERGI Polmed : JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN
Homepage jurnal: http://ojs.polmed.ac.id/index.php/Sinergi/index

## MODIFIKASI  STRUKTUR  RANGKA  DAN  BAHAN  COMPUTER NUMERICALLY CONTROLLED (CNC) ROUTER MINI 3 AXIS
Kadriadi a* ,  Angga  Bahri  Pratama b ,  Hendi  Lilih  Wijayanto a ,  Kadex  Widhy  Wirakusuma a , Amiruddin a a Program  Studi  Teknik  Perawatan  Mesin,  Jurusan  Teknik  Mesin,  Politeknik  Industri  Logam  Morowali,  Labota,  Kec.  Bahodopi,  Kabupaten  Morowali, Sulawesi Tengah 94974, Indonesia
b Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan,  Jl. Almamater No.1, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota medan, Sumatera Utara 20155, Indonesia *kadriadi@pilm.ac.id. Tel.: +62852-7403-3230
I N F O A R T I K E L
Riwayat artikel: Diajukan pada 01 Juni 2023 Direvisi pada 08 Juli 2023 Disetujui pada 01 Agustus 2023 Tersedia daring pada 15 Agustus 2023

## Kata kunci:
Modifikasi, CNC, Metal Cutting.
Keywords: Modification, CNC, Metal Cutting.
A B S T R A K
Teknologi  dalam  dunia  permesinan  saat  ini  mengalami  kemajuan  yang  dapat  dilihat dalam dunia industri yaitu peralihan penggunaan mesin – mesin konvensional ke mesin – mesin otomatis yang dikendalikan dalam suatu program. Mesin tersebut dikendalikan secara  penuh  menggunakan  komputer  dengan  bahasa  pemrograman numeric yang disebut  dengan Computer  Numerically  Controlled  (CNC) .  Dalam  proses  permesinan secara konvensional maupun CNC, output yang diharapkan adalah mampu melakukan proses permesinan secara tepat dan skala yang besar dan spesifikasi geometri. Adapun tujuan  dalam  penelitian  ini,  agar  dapat  meningkatkan  fungsi  kerja  mesin  CNC mini router yang pada awalnya alat tersebut hanya dapat menggrafir dan marking dan PCB, acrylic , dan kayu dengan kedalaman ptong dan kecepatan feeding, sehingga penyusunan melakukan modifikasi struktur rangka dan bahan CNC mini router 3 axis . Modifikasi yang dilakukan terhadap frame, endmill , dan collect pada mesin CNC mini router agar dapat mendukung peningkatan fungsi alat. Setelah melakukan pengujian terhadap tujuan yang dicapai, maka, hasil pengujian didapatkan a. Kayu : depth per pass = 1 mm, feed rate = 100 mm/menit, plunge angle = 100 mm/menit, spindle speed = 100 rpm. Acrylic : depth per pass = 2 mm, feed rate = 200 mm/menit, plunge angle = 100 mm/menit, spindle  speed =  100  rpm. Alumunium  :  depth  per  pass =  0.25  mm, feed  rate =  100 mm/menit, plunge angle = 15 mm/menit, spindle speed = 100 rpm.
A B S T R A C T
Technology in the world of machinery is currently experiencing progress which can be seen in the industrial world, namely the transition from the use of conventional machines to automatic machines that are controlled in a program. The machine is fully controlled using  a  computer  with  a  numerical  programming  language  called  Computer Numerically  Controlled  (CNC).  In  conventional  and  CNC  machining  processes,  the expected output is to be able to carry out machining processes precisely and on a large scale  and  geometric  specifications.  The  purpose  of  this  study  is  to  improve  the  work function of the mini router CNC machine, which at first the tool could only engrave and mark  PCB,  acrylic,  and  wood  with  cutting  depth  and  feeding  speed,  so  that  the preparation  will  modify  the  frame  structure  and  material  of  the  mini-CNC.  3  axis routers. Modifications to be made to the frame, endmill, and collect on the mini router CNC machine in order to support the increase in tool functions. After testing the goals to be achieved. So, the test results obtained a. Wood: depth per pass = 1 mm, feed rate = 100 mm/minute, plunge angle = 100 mm/minute, spindle speed = 100 rpm. Acrylic: depth per pass = 2 mm, feed rate = 200 mm/minute, plunge angle = 100 mm/minute, spindle  speed  =  100  rpm.  Aluminum:  depth  per  pass  =  0.25  mm,  feed  rate  =  100 mm/minute, plunge angle = 15 mm/minute, spindle speed = 100 rpm.

## 1. PENGANTAR
Kemajuan  dalam  bidang  teknologi  yang  semakin  berkembang  merupakan  aspek  sebuah  pengetahuan  dan  teknologi  yang mengharuskan kalangan pendidikan tinggi untuk dapat meningkatkan kemampuan dalam penguasaan teknologi. Teknologi dalam dunia permesinan saat ini mengalami kemajuan yang dapat dilihat dalam dunia industri yaitu peralihan penggunaan mesin – mesin konvensional ke mesin – mesin otomatis yang dikendalikan dalam suatu program. Mesin tersebut dikendalikan secara penuh menggunakan komputer dengan  bahasa  pemrograman numeric yang  disebut  dengan Computer  Numerically  Controlled  (CNC). (Nur  Aid,  i  A.,  &  Mukhamad Khumaidi, U., 2018).
Dalam proses permesinan secara konvensional maupun CNC, output yang diharapkan adalah mampu melakukan proses permesinan secara tepat dan skala yang besar dan spesifikasi geometri yang diharapkan. Oleh karena itu, untuk memperoleh produk bermutu berupa tingkat kepresisian yang tinggi serta permukaan yang baik, perlu didukung oleh proses permesinan yang tepat. Karakteristik kekasaran permukaan dipengaruhi oleh beberapa pemotongan diantaranya yaitu kecepatan spindle (spindle speed) , kedalaman potong (depth of cut), alur pahat (tool path), dan material benda kerjanya. Adapun yang mempengaruhi hal tersebut keluar dari keperesisiannya yaitu modulus pada  ketahanan  rangka  (Gunawan,  2014).  Mesin CNC  Router  Mini memiliki  prinsip  kerja  yang  sama  seperti  dengan  mesin  CNC sebenarnya. Hanya saja CNC Router Mini ini berbentuk prototype karena dibangun dengan peralatan yang sederhana dan menggunakan komponen yang kecil, karena berbahan baku yang diolah adalah kayu, plastik dan acrylic . Mesin CNC Router Mini yang dibangun menggunakan 3 axis dalam pengoperasiannya dan bersifat portabl e yang bertujuan untuk mempermudah dalam penempatan. Mesin ini memiliki kapasitas yang terbatas dalam ukuran bahan baku yang digunakan. Alat ini memiliki motor  utama  yang  digunakan  untuk  memutar endmill yaitu  menggunakan  mesin router atau  profil  alumunium,  sedangkan  untuk menggerakkan  3  axis  alat  ini  menggunakan  3-unit motor  stepper pada  tiga  sisi  berbeda. Motor  stepper dihubungkan  pada controller electronic agar dapat menjalankan perintah dari software agar terhubung dengan poros ulir (Arifin, 2016). Prinsip kerja dari mesin CNC Router Mini ini adalah data numerik dan kode perintah dimasukkan ke controller sebagai inputan data, kemudian data tersebut oleh controller diubah menjadi sinyal perintah komponen elektrik. Komponen elektrik sinyal perintah tersebut diterjemahkan berupa pemutus, penyambung, dan pengatur arus yang masuk ke komponen mekanik, sehingga komponen mekanik bisa bergerak sesuai perintah controller (Arifin, 2016). Berdasarkan prinsip kerja dari mesin CNC Router Mini dapat diketahui bahwa mesin ini memiliki 3 fungsi yang sama, yaitu memotong (cutting), menggrafir (engraving) dan memberi marka (marking). Dalam pengerjaan Cutting – Engraving – Marking bisa melakukan pergantian endmill sesuai dengan kebutuhan dan berbagai macam jenis endmill yang ada (Pramono et al.,).

## 1.1. CNC Router Mini
Mesin CNC Router Mini memiliki prinsip kerja yang sama seperti dengan mesin CNC sebenarnya. Hanya saja CNC Router Mini ini berbentuk prototype karena dibangun dengan peralatan yang sederhana dan menggunakan komponen yang kecil, karena berbahan baku yang diolah adalah kayu, plastik dan acrylic . Mesin CNC Router Mini yang dibangun menggunakan 3 axis dalam pengoprasiannya dan bersifat portable yang bertujuan untuk mempermudah dalam penempatan.
Mesin  ini  memiliki  kapasitas  yang  terbatas  dalam  ukuran  bahan  baku  yang  digunakan.  Alat  ini  memiliki  motor  utama  yang digunakan untuk memutar endmill yaitu menggunakan mesin router atau profil alumunium, sedangkan untuk menggerakkan 3 axis alat ini menggunakan 3 unit motor stepper pada tiga sisi berbeda . Motor stepper dihubungkan pada controller electronic agar dapat menjalankan perintah dari software agar terhubung dengan poros ulir. Pada bagian dudukan poros ulir menggunakan bearing sebagai bantalannya yang diletakkan pada kerangka (Arifin, 2016).

## Gambar 1: CNC Router

## 1.2. Prinsip Kerja Mesin CNC Router Mini
Prinsip kerja dari mesin CNC Router Mini ini adalah data numerik dan kode perintah dimasukkan ke controller sebagai inputan data, kemudian data tersebut oleh controller diubah menjadi sinyal perintah komponen elektrik, oleh komponenn elektrik sinyal perintah tersebut  diterjemahkan  berupa  pemutus,  penyambung  dan  pengatur  arus  yang  masuk  ke  komponenn  mekanik,  sehingga  komponenn mekanik bisa bergerak sesuai perintah controller (Arifin, 2016).

## 1.3. Sistem Penggunaan Perangkat Lunak
Sistem perangkat lunak diugunakan agar dapat mendukung dapat mendukung tujuan alat ini dibuat. Adapun perangkat lunak yang digunakan yaitu:

## a. CAD
Perangkat lunak digunakan untuk membuat gambar baik gambar dua dimensi ataupun tiga dimensi serta dapat mensimulasikan pergerakan benda secara anmasi. Pada penelitian ini CAD digunakan untuk menggambar semua bagian dari mesin CNC mini dan  merakit.  Namun, pada proses penelitian ini  CAD digunakan  sebagai  alat desain penggambaran  2D  yang dimasukkan  ke aplikasi pembuatan G-code (Wijaya et al., 2020).
Gambar 2: CAD

## b. GRBL
GRBL merupakan sebuah Software untuk mengontrol gerakan CNC yang dapat di unggah ke library Arduino . Pada dasarnya GRBL adalah sebuah hex file yang dapat di unggah ke Arduino agar Arduino dapat membaca perintah dalam Gcode/ Nc. Code . Untuk  mengirimkan Nc.Code ke Arduino digunakan  GRBL controller adalah  sebuah software yang  digunakan  untuk mengirimkan Nc.Code ke  sebuah  mesin  CNC,  seperti 3D  printer . Software ini  memudahkan  pengguna  dalam  proses pemrograman sebuah mesin CNC. Pengguna bisa memberikan perintah secara langsung atau pengguna juga bisa menggunggah satu  file dalam bentuk notepad yang berisi kode  –  kode Nc.Code .  Tampilan software GRBL,  seperti terlihat pada  gambar  3 (Roswaldi, 2019).
Gambar 3: GRBL
c. Sheetcam
Sheetcam digunakan untuk mengubah gambar yang telah didesain menjadi program G code sebagai Bahasa programan yang dapat memberikan peritah terhadap mesin CNC Router mini 3 axis.
Gambar 4: Sheetcam

## 1.4. Sistem Penggerak
Sistem penggerak adalah suatu alat yang digunakan yang bertujuan sumber tenaga dari pergerakan proses produksi pada mesin CNC Router mini .

## a. Motor Stepper NEMA 17
Mesin CNC bergerak karena menggunakan motor stepper sebagai penggerak pada sumbu X, Y, dan Z. Tipe yang digunakan adalah NEMA17 . Motor  stepper merupakan  perangkat  elektromekanis  yang  bekerja  dengan  mengubah  pulsa  elektronis  menjadi  gerakan mekanis.

## Gambar 5: Stepper NEMA 17
Maka  untuk  menggerakkan motor  stepper diperlukan  pengendali motor  stepper yang  membangkitkan  pulsa-pulsa periodic (components101.com). Gambar motor stepper dapat dilihat pada gambar 5 dan spesifikasinya dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1: Spesifikasi NEMA 17 Spesifikasi Unit Tegangan Kerja 12 Vdc Arus Max 1A Jumlah Step / 1 Putaran 200 step (1,8 / step )

## b. Spindle
Spindle merupakan bagian dari mesin yang menjadi rumah cutter . Spindle inilah yang megatur putaran dan pergerakan cutter pada sumbu Z. Spindle selanjutnya digerakkan oleh motor yang dilengkapi dengan sistem transmisi belting atau kopling. Pada penelitian ini spindle yang digunakan adalah motor DC 24 VDC yang dilengkapi pengatur kecepatan motor DC (Harrizal I.S,.2017). Spindle yang digunakan dapat dilihat pada gambar 6.

## Gambar 6: Spindle

## 2. METODE

## 2.1. Diagram Alir Penelitian
Tahapan proses yang dilakukan dalam penelitian ini digambarkan dalam diagram alir pada gambar 7 sebagai berikut. Metodologi penelitian  merupakan  kerangka  pemecahan  masalah  yang  menggambarkan  tahap-tahap  penyelesaian  masalah  secara  singkat  beserta penjelasannya.
Secara umum metodologi penelitian disusun untuk mencapai tujuan penelitian yang telah ditetapkan, maka keseluruhan kegiatan penelitian dirancang untuk mengikuti diagram alir seperti tampak pada gambar 7.

## Gambar 7: Diagram Alir Penelitian
Pada tahap perencanaan, ada beberapa proses yang perlu dikerjakan untuk memudahkan ke tahap selanjutnya, seperti desain alat, software yang digunakan untuk mendesain alat tersebut. Setelah proses perencanaan sudah sesuai, maka dilanjutkan ke tahap perancangan. Perancangan merupakan bentuk kegiatan yang sudah dikoordinasikan mencapai tujuan dalam waktu tertentu. Sebelum melakukan suatu
pengerjaan  maka  harus  mempersiapkan  hal-hal  yang  perlu  dipersiapkan.  Tahap  selanjutnya  adalah  pembuatan.  Pada  proses  ini, merealisasikan  tahap-tahap perencanaan  dan  perancangan.  Tahap ini  pada umumnya  adalah  proses  manufaktur.  Tahap  terakhir  adalah pengujian.  Pengujian sangat penting dilakukan  untuk melihat performa dari  mesin  yang dibuat,  Dalam  proses  pengujian  ada  beberapa tahapan-tahapan yang harus dilakukan seperti standar operasional prosedur (SOP), kesehatan dan keselamatm kerja (K3), dan pengambilan hasil data.

## 2.2. Alat dan Bahan

## Alat
Adapun peralatan yang diperlukan pada CNC Mini Router 3 Axis adalah sebagai berikut: a. Gerinda tangan
b. Sarung tangan
c. Endmil
d. Mata bor 3
e. Mata bor 5
f. Penitik
g. Penggores
h. Jangka sorong
i. Meter

## Bahan
Bahan yang yang digunakan pada rancang bangun CNC mini router 3 axis dapat ditunjukkan di bawah ini: a. Stepper
b. Spindle
c. Aluminium Profil
d. Aluminium Plat
e. Endmill Carbide

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah alat selesai dirancang dan dibuat, alat tersebut diuji menggunakan tiga variasi bahan, untuk melihat apakah performa  alat tersebut sesuai SOP atau tidak. Adapun hasil dari proses pengujian yang dilakukan pada tiga variasi bahan adalah sebagai berikut:

## 3.1. Kayu
Pada pemakanan kayu didapatkan hasil maksimum pemotongan dalam 1 kali jalur pemakanan sebagai berikut: a. Depth per pass = 1 mm
b. Feed rate = 100 mm/menit
c. Plunge angle = 100 mm/menit
d. Spindle speed = 100 rpm
Gambar 8: Hasil pada Kayu
3.2. Acrylic Pada pemakanan acrylic didapatkan hasil maksimum pemotongan dalam 1 kali jalur pemakanan sebagai berikut: a. Depth per pass = 2 mm
b. Feed rate = 200 mm/menit
c. Plunge angle = 100 mm/menit
d. Spindle speed = 100 rpm
Gambar 9: Hasil pada A crylic

## 3.3. Aluminium
Pada pemakanan aluminium didapatkan hasil maksimum pemotongan dalam 1 kali jalur pemakanan sebagai berikut: a. Depth per pass = 0,25 mm
b. Feed rate = 100 mm/menit
c. Plunge angle = 15 mm/menit
d. Spindle speed = 100 rpm

## Gambar 10: Hasil pada Aluminium
Berdasarkan pengujian dari tiga bahan berbeda bahwasanya didapatkan depth per pass minimum 0,25 mm pada bahan aluminium dan maksimal terjadi pada bahan acrylic dengan hasil 2 mm. Menggerakan motor stepper sumbu X, Y, dan Z secara bertahap dikendalikan melalui salah satu aplikasi yaitu GRBL. Hal ini akan mengakibatkan hasil produksi menjadi lebih sempurna, karena sumbu X, Y, dan Z dikontrol menggunakan motor penggerak dan software GRBL tersebut, dan ini sesuai juga dengan penelitian (Wanggara, 2020).

## 4. KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapatkan dari hasil pembahasan pada penelitian ini adalah modifikasi rangka dan bahan mesin CNC Router Mini 3 Axis dengan mengganti frame , endmill , dan collect agar dapat di gunakan pada proses machining maksimum pada bahan alumunium. Modifikasi yang dilakukan berhasil dan sesuai dengan rancangannya. Pada proses pemakanan terhadap 3 bahan tersebut (kayu, acrylic, dan aluminium ) dihasilkan minimum pemakanan 0,25 mm dan maksimum pemakanan 2 mm dengan masing – masing bahan yang digunakan. Variasi bahan yang digunakan pada penelitian ini bertujuan untuk melihat kemampuan  CNC Router Mini 3 Axis. CNC Router Mini 3 Axis ini bisa digunakan untuk keperluan pembelajaran dan penelitian skala laboratorium. Alat ini juga bisa digunakan untuk produksi berbagai aksesoris dengan skala kecil.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada pihak-pihak yang sudah terlibat pada penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
Arifin,  D.  A.  P.  (2016).  Rancang  Bangun  Bagian  Dinamis  Mesin CNC Router  Milling.  Universitas  Jember  Malang. https://repository.unej.ac.id/handle/123456789/76487 diakses pada tanggal 25 Mei 2023.
Ginting, R., Hadiyoso, S & Aulia, S. (2017). Implementation 3-Axis CNC Router for Small Scale Industry. International Journal of Applied Engineering Research 12 , 6553-6558.
Gunawan,  S.  (2014)  Kontribusi  Hasil  pelatihan  CNC  Advanced  Terhadap  Perkembangan  Industri  Kreatif  Indonesia.  Universitas Pendidikan Indonesia.
Malik, I., Azharuddin, & Dewi, C. K. (2019). Aplikasi Hasil Rancang Bangun Mesin CNC Router Terhadap Proses Permesinan (Cutting Speed, Feeding Cutting Dan Depth of Cut) Terhadap Waktu. Jurnal Austeni 11 , 11–15.
Nur  Aid,  I  A.  &  Mukhamad  Khumaidi,  U.  (2018).  Pengaruh  Variasi  Kecepatan  Feeding  Pada  CNC  Router  3  Axis  Dengan  Material Alumunium dan Acrylik. Nozzle: Journal Mechanical Engineering 7 , 10–27.
Prasetyo, A., Malik, I. & Sriwijaya, P. N. (2020). Analisis Vibrasi Rangka CNC router 3 sumbu. Jurnal Austenit 12 , 28–33.
Roswaldi Sk., Julsam, Kartika, Fendri, A. & Mulyadi. (2019). Implementasi Mini CNC Router 3 Axis untuk Pembuatan Huruf dan Gambar Berbasis GRBL. Proceeding Seminar Nasional Politeknik Negeri Lhokseumawe 3 , 95-102.
Salam, A., Iswar, M, Rifaldi, M, Malik, S. & Putra, K.  Rancang Bangun Mesin CNC Router Mini Untuk Pembelajaran Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Jurnal Teknik Mesin Sinergi 17 , 150-155.
Wanggara. A, Andree, Moris, Simatupang. P.G. & Azmi.F. (2020). Rancang Bangun Mesin CNC Engraving 3 Axis Berbasis Arduino Uno dengan GRBL Software. JESCE (Journal of Electrical and System Control Engineering) 4 , 11 -1.
Wijaya, D. K., Suprijono, H. & Nugroho, D. S. (2020). Optimasi Proses Cutting Mesin CNC Router G-Weike WK1212 dengan Metode Full Factorial Design dan Optimasi Plot Multi Respon. Jurnal Pasti 14 , 1–14.