## INCREASING READABILITY OF CONVENTIONAL MILLING MACHINE BY USING DIGITAL READOUT (DRO) TO SUPPORT JIG BORING PROCESS
Rahmat Subarkah 1* , Ghany Heryana 2 , Moch. Sholeh 1 , Andi Ulfiana 1 , Ade Sumpena 1 , Hamdi 1 , Irwandi 1
1 Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Jakarta
2 Jurusan Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Wastukancana Purwakarta
* rahmat.subarkah@mesin.pnj.ac.id

## Abstract
The requirements of manufacturing process are increasing to deal with global competition. The demand of precise components to support industry of food, pharmaceutical, infrastructure, energy and transportation are increasing significantly.  Facing  these  challenges,  capacity  and  capability  of  conventional  milling  machine  need  to  be improved, especially in term of readability  of axis movements. This matter influences the accuracy, machining time  and  easiness  of  machining  process  particularly  in  jig  boring  process.  Linear  encoder  and  digital  readout (DRO) have been implemented in this study. Furthermore, this study investigated the used of linear encoder and digital readout (DRO) in jig boring process. The accuracy and machining time were involved in this study. This study  proofed  that linear  encoder and  digital readout improved  the  accuracy  and machining time.  Moreover,  it helps operators in order to determine the datum and machining process. Based on these advantages, it is concluded that the linear encoder and digital readout are recommended to be implemented in small and medium industrial manufacturer in order to enhance their competitiveness in global market.
Keyword : linear encoder, digital readout, DRO, milling machine, Jig Boring

## 1. Pendahuluan
Proses machining adalah  salah  satu  proses yang  sangat  penting  dalam  dunia  manufaktur. Pembuatan part, tools , atau mesin hampir tidak lepas dari proses machining. Proses permesinan dasar yang masih sangat dibutuhkan saat ini adalah milling dan bubut  ( turning ).  Konsep  mesin  ini  digunakan  terus menerus hingga dalam perkembangan saat ini sudah menggunakan control  computer (CNC).  Proses milling secara  umum  bekerja  secara  “ multi  point cutting  tools ”,  dimana cutting  tools memiliki beberapa  sisi  potong  yang  berputar,  bergiliran menyayat  benda  kerja.  Sedangkan  mesin  bubut bekerja  secara  “ single  point  cutting  tools ”  dimana cutting  tools diam  pada  posisinya  dalam  pengertian tidak  berputar.  Benda  kerja  berputar  pada  porosnya disayat  oleh  salah  satu  sisi  atau  titik  potong cutting tools.
Perkembangan yang terjadi pada kedua mesin ini  adalah  penggabungan  proses milling dan  bubut dengan control CNC.
Dalam perkembangannya, hasil produk permesinan  dihadapkan  dengan  banyak  tantangan. Diantaranya  adalah  komponen  hasil  permesinan milling dituntut  untuk  lebih  presisi.  Kepresisian  ini dibutuhkan untuk mendapatkan kualitas produk akhir yang seragam dan memenuhi standar internasional. Selama ini, kelemahan mesin milling manual adalah besarnya  tingkat  kesalahan  pembacaan  skala  pada
eretan putar sumbu ( spindle ). Kesalahan pembacaan skala ini akan menyebabkan ketidak-presisian produk hasil permesinan.
Pada  mesin milling konvensional,  terdapat kelemahan  lainnya  berupa  adanya backlash /  celah pada pasangan ulir. Hal ini menyebabkan terjadinya kesalahan  pengukuran  dan menjadikan  produk  yang dihasilkan  tidak  presisi  dalam  ukuran.  Kelemahan lain  yang  terdapat  pada  mesin milling konvensional adalah keterbatasan tingkat akurasi skala nonius pada eretan  sumbu.  Tingkat akurasi  paling  baik  yang ada pada mesin milling konvensional adalah sebesar 0.02 mm.  Ini  dibutuhkan  untuk  beberapa  pekerjaan permesinan  toleransi  khusus.  Sebagai  tambahan, rendahnya kecepatan produksi dari proses permesinan  milling  konvensional  masih  menjadi perhatian untuk diperbaiki.
Dengan  bertambahnya  tuntutan  pada  dunia permesinan, telah terjadi pergeseran fungsi dari mesin milling .  Fungsi  “baru”  yang  harus  dapat  dikerjakan oleh mesin milling adalah sebagai mesin pengeboran ( drilling  and  boring )  presisi.  Selama  ini,  fungsi pengeboran presisi hanya dapat dilakukan oleh mesin milling berbasis  program  computer  (CNC).  Akan tetapi harga dari mesin milling CNC ini sangat mahal dan tentunya tidak akan terjangkau oleh pelaku usaha permesinan kecil dan menengah.
Pada  kenyataannya,  permintaan  pekerjaan pengeboran pesisi ini semakin banyak dalam bentuk pembuatan  alat  perkakas  presisi, jig  dan  fixtures,
mold dan dies .  Untuk  mengatasi  permasalah keterbatasan kemampuan mesin milling manual maka perlu diadakan peningkatan kemampuan pembacaan gerak  sumbu  mesin  milling  konvensional  dengan menggunakan sensor linear ( linear encoder ).
2. Tinjauan Pustaka
2.1 Mesin milling
Dalam  dunia  permesinan,  terdapat  beberapa jenis  pengerjaan  logam  yaitu  pengerjaan  mekanis logam, pengerjaan dingin, dan juga pengerjaan panas. Pengerjaan  logam  secara  mekanis  diperlukan  untuk pengerjaan sentuhan akhir ( finishing ). Salah satunya adalah  pengerjaan  perataan  permukaan  ( facing ) menggunakan mesin milling .
Mesin  milling  memiliki  banyak  kemampuan melakukan  tugas  dibandingkan  mesin  perkakas lainnya  seperti  mesin  bubut.  Karena  mesin milling dapat  melakukan  permesinan  permukaan  datar maupun berlekuk dengan tingkat ketelitian yang baik. Selain  itu  mesin  milling  juga  dapat  melakukan permesinan  permukaan  dengan  tingkat  kehalusan yang istimewa.
Sedangkan  prinsip  kerja  mesin  milling  adalah sumber  tenaga  dari  energi  listrik  dikonversikan menjadi  gerak  utama  oleh  mesin listrik,  selanjutnya diteruskan  melalui  transmisi  untuk  mendapatkan gerakan  putar  pada spindle mesin. Spindle mesin inilah  yang  memegang  dan  memutar  pisau  ( cutter ) untuk melakukan pemotongan benda kerja. Kekerasan material pisau yang jauh di atas kekerasan benda kerja dan gesekan antara pisau dan benda kerja yang akan menghasilkan terpotongnya benda kerja
Terdapat  tiga  buah  sumbu  utama  pada  mesin milling , yaitu sumbu Z (arah naik dan turun), sumbu Y  (arah  gerakan  lebar)  dan  sumbu  Z  (arah  gerakan memanjang). Dengan adanya tiga buah sumbu inilah maka  mesin milling dapat  menghasilkan  benda  tiga dimensi seperti profil, kubus, segi banyak dan bentuk khusus lainnya.

## 2.2 Encoder lurus - Linear encoder
Linear  encoder adalah  sebuah  alat  pemindai (sensor) berupa pembaca gerakan yang dipasangkan dengan  sebuah  skala  yang  menandai  suatu  posisi. Sensor ini akan membaca skala yang selanjutnya akan dikonversikan  menjadi  satuan  posisi  dalam  bentuk sinyal  analog  atau  digital,  selanjutnya  dengan menggunakan perangkat digital readout (DRO) dapat dibaca sebagai suatu posisi.
Pembacaan kode dapat dalam bentuk koordinat inkremental  maupun  absolut.  Pergerakan  dapat didefinisikan  sebagai  perubahan  posisi  terhadap waktu.  Teknologi linear  encoder contohnya  adalah optical,  magnetic ,  induktif,  kapasitif  dan eddy current . Linear  encoder banyak  digunakan  dalam bidang  instrumen  pengukuran,  system  bergerak  dan peralatan  permesinan  presisi  tinggi  seperti  jangka sorong  digital,  mesin  pengukuran  koordinat,  mesin CNC dan banyak lagi lainnya.
Linear  encoder telah  digunakan  pada  banyak bidang.  Matsui  telah  memanfaatkan  linear  encoder untuk  mendeteksi  gerak  bebas  dari  sebuah actuator berbentuk  bola  [1]. Linear  encoder juga  telah digunakan untuk mendeteksi gerakan manusia. Byrne melakukan  pengukuran  pergerakan  vertikal  dalam pengujian  ketahanan  penggunaan  sepatu  dengan tumit tinggi. Penggunaan linear encoder menjadikan pengujian kinerja dan tinggi maksimum tumit sepatu dapat dilakukan pengukurannya secara berulang [2].
Dalam  bidang  biomedik, linear  encoder juga telah  lama  digunakan.  Kikuchi  telah  melakukan penelitian untuk mendeteksi pergerakan dari jantung buatan menggunakan linear encoder . Magnetic linear encoder dapat  mendeteksi  gerekan  yang  kecil  dan dapat mengontrol kecepatan [3].

## 2.3 Digital readout (DRO)
Digital readout (DRO) adalah sebuah tampilan numerik,  biasayang  digabungkan  dengan keyboard yang  merepresntasikan  tampilan  numerik  tersebut. DRO adalah sebuah sistem komputer yang membaca sinyal yang dihasilkan oleh linear encoder yang telah ter- install untuk menjejak posisi suatu sumbu mesin. Dengan menggunakan perangkat ini akan senantiasa menjejak  posisi  benda  kerja  dan  atau  pisau  ( cutter ) dan menampilkanya kepada operator mesin.
DRO  adalah  sebuah  sistem  yang  akan memudahkan  operator  mesin  untuk  bekerja  lebih cepat dan dengan tingkat ketelitian lebih baik lagi.
DRO  memiliki  beberapa  fungsi  antara  lain adalah  fungsi  penentuan  titik  tengah  dari  sebuah sumbu  benda  kerja,  mode  inkremental  atau  absolut, satuan metrik atau imperial, pembuatan lubang pada beberapa  titik  tanpa  menggunakan  meja  putar, menetukan  koordinat  pada  benda  miring  atau diagonal,  dapat  menyimpan  beberapa  koordinat pekerjaan dalam memori dan melakukan penghitungan mengunakan kalkulator.

## 2.4 Pengujian Ketelitian Geometrik Mesin Milling
Standar  ISO    1701  dan  1708  pada  pengujian ketelitian geometric pada mesin milling meliputi hal- hal sebagai berikut [4]:
a. Kelurusan ( straightness )
Kelurusan  dapat  dikatakan  sesuai  standar  jika jarak  antara  beberapa  titik  yang  ada  pada  garis tersebut  terhadap  dua  bidang  saling  tegak  lurus dan parallel  terhadap  garis  tersebut  memiliki  nilai  yang masih dalam batas tertentu. Sedangkan definisi untuk kelurusan  suatu  gerak  lurus  adalah  kesejajaran lintasan  suatu  titik  pada  komponen  yang  bergerak lurus  relative  terhadap  suatu  garis  referensi  yang searah dengan arah gerak komponen tersebut.
b. Kerataan ( Flatness )
Suatu bidang permukaan didefinisikan memiliki  tingkat  kerataan  yang  baik  bila  perubahan jarak  tegak  lurus  dari  titik-titik  pada  permukaan tersebut  terhadap  bidang  geometrik  yang  sejajar dengan permukaan yang diuji tidak melampaui batas yang ditentukan oleh standar
c. Ketegaklurusan ( Square )
Lingkup  dari  ketegaklurusan  pada  mesin perkakas  adalah  termasuk  garis,  sumbu  maupun bidang  dan  gerak  komponen.  Dua  buah  bidang  atau dua buah garis lurus atau satu buah bidang dan satu buah garis lurus dinyatakan tegak lurus satu terhadap lainnya apabila penyimpangannya masih dalam batas tertentu sesuai standard.
Pengujian pengukuran ketelitian geometri telah banyak dilakukan oleh penelit sebelumnya. Apriana, et  al.,  2015  telah  melakukan  pengujian  ketelitian geometric  pada  mesin  milling  jenis  F3  di  bengkel mesin PNJ. Selain itu, Julian & Purnomo, 2005 juga telah melakukan  studi  untuk menentukan  kelayakan operasional  mesin  perkakas  melalui  pengujian ketelitian  geometri  static  berdasarkan  standar  ISO 1701. Pengujian yang dilakukan meliputi penyelarasan  meja  kerja,  kelurusan  gerak  vertical, ketegaklurusan meja kerja terhadap kolom, ketegaklurusan  meja  kerja  terhadap  gerak  vertical sumbu utama serta kedataran permukaan meja kerja.
Pengukuran  ketelitian  mesin  perkakas  lainnya juga  dilakukan  oleh  Gundara  et,  al.  [7].  Gundara melakukan  penelitian  untuk  menentukan  kelayakan operasional suatu mesin perkakas melalui pengujian ketelitian geometric static berdasarkan standard ISO 1708 untuk mesin bubut.
Walaupun  saat  ini  telah  ada  mesin milling dengan  control  CNC  namun  fungsi  mesin milling manual  masih  tidak  dapat  ditinggalkan.  Salah  satu pertimbangannya  adalah  kepraktisan  penggunaan. Selain  itu cost juga  menjadi  pertimbangan.  Mesin milling dengan  control  CNC  efektif  jika  digunakan untuk  pembuatan  kontur  yang  rumit.  Sedangkan mesin milling manual  banyak  digunakan  untuk pengeboran dan pembuatan bentuk sederhana.
Mesin  milling  baik  manual  atau  pun  CNC setidaknya  memiliki  3  aksis  yaitu  X,  Y,  dan  Z. Kepresisian mesin ini tergantung dari jenis slider dan ulir transporter yang digunakan. Pada mesin milling manual umumnya menggunakan jenis slider dove tile dan transporter berjenis  ulir trapezium .  Pada  mesin milling CNC sudah menggunakan slider berjenis box way dan transporter dengan ball screw . Selain  itu,  pada  mesin milling manual, kepresisian bergantung pula pada metoda pemotongan. Dengan metoda yang tepat kepresisian hasil  pemotongan  pada milling manual  dapat mencapai 0,01 mm. Metoda pemotongan pada mesin milling manual  yang  menggunakan transporter ulir trapezium sangat  penting  karena  adanya clearance antara  ulir  dengan  rumah  ulirnya. Clearance akan semakin  besar  dengan  semakin  bertambahnya  usia
penggunaan  mesin.  Oleh  karena  itu  pergeseran spindle secara  searah  atau  berlawanan  sangat mempengaruhi hasil benda kerja.
Pada  mesin  dengan transporter ulir trapezium laju  keausannya  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan mesin dengan transporter ball screw. Hal ini karena kontak  antara  ulir transporter dengan  rumah transporter bergesekan  secara  bidang.  Sedangkan pada transporter  ball  screw gesekan  lebih  kecil karena  adanya  perantara  bola  ( ball )  antara  ulir ( thread ) dengan rumahnya ( nut house ).
Kendali  dan  pemantauan  dimensi  benda  kerja pada  mesin  milling  manual  relatif  memerlukan kecermatan dan ketelitian. Hal ini karena ukuran yang kita  berikan  harus  dikonversi  ke  dalam  jumlah putaran spindle . Pada tiap spindle memang dilengkapi dengan  garis  skala  nomimal  dan  nonius.  Namun kesalahan  pembacaan  sering  terjadi  karena  faktor manusia.  Misalnya  lupa  mengkonversi  jumlah putaran  atau  bergesernya  setting  “Nol”  karena tersenggol atau tidak kuatnya pengunci friksi spindle yang ada.
Untuk memperbaiki kondisi tersebut pada aksis mesin milling manual  dapat  dipasang display jarak/dimensi  yang  biasanya  berupa  layar seven segment. Layar  menampilkan  jarak  karena  adanya konversi  dari linear  encoder yang  diterjemahkan menjadi  ukuran  dalam  satuan  milimeter,  inchi,  atau dimensi standar lainnya.
Perangkat  tersebut  dikenal  dengan  nama  DRO Set. DRO adalah singkatan Digital Readout . DRO Set sederhana  setidaknya  memiliki  2  aksis  yang  dapat dibaca, pada spesifkasi yang lebih tinggi memungkinkan pembacaan 3 aksis.
Dalam sebuah DRO Set terdiri dari perangkat:
1. Linear encoder
2. Sensor
3. DRO Display ( seven segment )
Pada  penelitian  ini  akan  dianalisa  kinerja  dari mesin milling manual  standard  tanpa  DRO  menjadi menggunakan  DRO.  Maksud  dari  pemasangannya adalah  untuk  menjadikan  mesin milling tersebut handal dalam proses jig bor atau pembuatan lubang- lubang dengan jarak presisi.

## 3. Metoda Penelitian
Mesin milling manual dipasangi DRO, kemudian dilakukan  kalibrasi  untuk  mengetahui  kelurusan antara pergerakan meja dengan linear encoder yang dipasang. Setelah semua perangkat terpasang dengan sempurna dilakukan pengujian proses jig bor . Penelitian ini  bertujuan untuk mendapatkan data tingkat  kepresisian  hasil  benda  kerja  dan  waktu permesinan  proses jig  boring .  Penelitian  akan dilakukan dengan membandingkan proses permesinan jig boring tanpa dan dengan menggunakan linear  encoder dan digital  readout (DRO). Proses pengambilan data dilakukan beberapa kali untuk mendapatkan kestabilan pengambilan data. Data  kepresisian  didapat  dengan  cara  melakukan
pengukuran  geometri  dari  benda  kerja  hasil  proses permesinan. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan  alat  ukur  dengan  tinggat  ketelilian sebesar  0.02  mm.  Sedangkan  waktu  proses permesinan diukur sejak operator sudah siap di depan mesin  hingga  seluruh  proses  permesinan  selesai dikerjakan.
Pada  pengujian  ini  akan  dibandingkan  waktu yang diperlukan untuk menggeser posisi lubang yang akan dibor tanpa dan dengan bantuan DRO.

## 4. Hasil dan Pembahasan
Benda  kerja  proses  permesinan  jig  boring  pada pengujian kali ini adalah seperti terlihat pada Error! Reference source not found. .

## Gambar 1. Benda Kerja (work piece)
Untuk membuktikan manfaat DRO dilakukan  pengujian.  Specimen  ( gambar  1 )  adalah benda  kerja  baja  yang  akan  dilubangi.  Dua  lubang pertama memiliki jarak dan diameter dengan toleransi umum.  Dua  lubang  lainnya  memiliki  jarak  dan diameter dengan toleransi khusus. Proses pengerjaan dilakukan dengan teknik pembuatan lubang bertahap ( table 1 ).
Dari hasil pengujian diketahui bahwa waktu yang diperlukan untuk menggeser eretan mesin ( bed spindle ) tanpa bantuan DRO memerlukan waktu lebih lama.  Hal  ini  diantaranya  karena  diperlukan kecermatan  dan  ketelitian  untuk  memutar spindle hingga mencapai target. Pada mesin yang digunakan, 1  putaran spindle aksis  X-nya  setara  dengan  jarak 4,00  mm.  Dengan  demikian,  untuk  mendapat  jarak 60,00  mm  diperlukan  15  putaran.  Kesalahan penghitungan putaran akan menyebabkan jarak yang salah.
Pengujian  selanjutnya  adalah  menggeser spindle dengan membaca DRO, operator tidak perlu lagi  melihat  skala  pada spindle .  Dengan  bantuan DRO,  waktu  yang  diperlukan  lebih  cepat  secara signifikan  dibanding  membaca  skala spindle .  Dari hasil pada tabel 1 dapat diketahui bahwa waktu yang diperlukan untuk menggeser spindle dengan bantuan DRO lebih cepat 31 detik hingga 44 detik.
Jarak  lubang,  dengan  bantuan  pengukuran menggunakan CMM ( Coordinate Measuring Machine )  didapatkan  hasil  yang  masih  dalam toleransi.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa linear  scale
DRO  terpasang  tepat  dan  lurus  terhadap  aksis, walaupun backlash mesin  sudah  cukup  tinggi. Kesalahan  jarak  karena  adanya backlash ,  baik  pada pengujian  dengan  atau  tanpa  DRO  dapat  diatasi dengan  konsistensi  arah  putaran spindle .  Selama proses,  penetrasi  terhadap  jarak  target  ditetapkan searah putaran jarum jam ( clockwise ).
Tabel 1. Waktu untuk menggeser cutting tool spindle dari titik 1 ke titik 2
No. dan Jenis Proses Tanpa DRO (detik) Dengan DRO (detik) Proses 1 – (Centre Drilling) 72 41 Proses 2 – (Drilling Ø5) 80 36 Proses 3a – (Drilling Ø10) 75 Proses 3b – (Drilling Ø9.5 & Reamer Ø10H7) 32 Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa DRO sangat membantu dalam percepatan proses jig boring atau proses milling lainnya terutama yang memiliki jarak yang tidak bulat.

## 5. Kesimpulan
Dari  penelitian  implementasi linear  scale dan digital  readout (DRO)  untuk  menunjang  pekerjaan jig  boring dapat  diambil  kesimpulan  bahwa implementasi  ini  sangat  membantu  dalam  proses permesinan.  Hal  ini  dapat  terlihat  dari  perbaikan tingkat  kepresisian  dan  mengurangi  waktu  proses permesinan.  Selain  itu  juga  terlihat  bahwa implementasi  ini  dapat  mempermudah  operator dalam  proses  permesinan.  Dari  tiga  hal  keuntungan yang  didapat  dari  implementasi  peralatan  ini  maka dapat  direkomendasikan  untuk  digunakan  oleh industri  manufaktur  kecil  dan  menengah  sebagai upaya  untuk  meningkatkan  daya  saing  proses produksi mereka.

## Ucapan terima kasih
Peneliti  mengucapkan  terima  kasih  kepada  P3M Politeknik Negeri Jakarta untuk pendanaan penelitian ini  melalui  “Hibah  Penelitian  Unggulan  Program Studi
2019” dengan nomor kontrak 381/PL3.18/PN.00.03/2019.
Daftar Pustaka:
[1] Y. Matsui, T. Akagi, and S. Dohta, “Development of Flexible Displacement Measuring System Using Wire-type Linear Encoder for Flexible Spherical Actuator,”
Procedia Comput. Sci. , vol. 76, no. Iris, pp.
113–118, 2015.
[2]  C. Byrne, D. J. Keene, S. E. Lamb, and K.
Willett, “Intrarater reliability and agreement of linear encoder derived heel-rise endurance test outcome measures in healthy adults,” J. Electromyogr. Kinesiol. , vol. 36, pp. 34–39, 2017.
[3]  Y. Kikuchi, T. Yoneda, Y. Kataoka, K. Shiotani, H. Wakiwaka, and H. Yamada, “Considerations of output voltage waveform on magnetic linear encoder for artificial heart using linear pulse motor,” Sensors Actuators, A Phys. , vol. 81, no. 1, pp. 309–312, 2000.
[4]  G. Schlesinger, Testing machine tools , Fifth Edit. London: The Industrial Press, 1954.
[5]  A. Apriana, B. Prianto, and D. M. Rahayu, “Analisa Kelayakan Mesin Milling F3 Dengan Pengujian Ketelitian Geometrik,”
Politeknologi , vol. 14, no. 3, 2015.
[6]  A. Julian and Purnomo, “Studi Kemampuan dan Keandalan Mesin Freis C2TY Melalui Pengujian Karakteristik Statik Menurut Standar ISO 1710,” Traksi , vol. 3, no. 2, pp. 1–6, 2005.
[7]  G. Gundara and S. Riyadi, “Pengukuran Ketelitian Komponen Mesin Bubut Dengan Standar ISO 1708,” Al JAzari J. Mech. Eng. , vol. 2, no. 2, pp. 8–15, 201