## Rancang Bangun Purwa-rupa CMM Tower Fixture sebagai Dasar Media Pembelajaran GD&T
Auliana Diah Wilujeng a,* , Rahman Hakim b
a Program Studi D3 Teknik Mesin Alat Berat, Politeknik Negeri Madura
Jalan Raya Camplong Km.4, Taddan, Camplong, Sampang 69281, Indonesia b Program Studi D3 Teknik Mesin, Politeknik Negeri Batam
Jalan Ahmad Yani, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
* E-mail: auliana_dw@poltera.ac.id

## Abstract
The CMM (Coordinate Measuring Machine) machine is a high-speed, multi-function measuring device that produces high measurement accuracy and efficiency. CMM machines have the advantage of being a  high  level  of  precision,  accurate,  and  requires  a  short  measurement  time  (more  efficient).  But  the disadvantage is the product to be measured must be stationary/static, so it needs a fixture. This problem then requires a tower-shaped fixture to keep the object static. Tower-fixtures are generally rectangular (4 sides). Generally, objects that have a high degree of complexity will need a fixture that has more than 4  sides.  The  brand  that  provides  a  buffer  tower with  more  than  4  sides,  has  a fairly  expensive  price. Therefore,  we  design  a  such  fixture  for  these  purposes.  Product  is  designed  and  drawn  using  the SolidWork Software 2013 . Product is made using  machining processes including using lathes, milling machines, drilling machines, and bench work tools. The product material used is Aluminum 6061. After the  finished product, the product  will be validated in  dimensions using  a CMM machine. The results obtained  indicate  that  64.3%  of  the  total  measurement  of  the  tower  fixture  product  is  within  the permissible tolerance range. The rest, as much as 35.7% of measurements are not acceptable because they  exceed  the  tolerance  limit  given.  This  is  caused  by  several  factors,  including  human  error  and inaccuracies in the machining process, causing a difference in dimensions between the design drawings and the original dimensions of the product.
Keywords: CMM, fixture, tower, 6 sides, GD&T

## Abstrak
Mesin  CMM  ( Coordinate  Measuring  Machine )  merupakan  suatu  alat  pengukur  multi  fungsi berkecepatan  tinggi  yang  menghasilkan  akurasi  dan  efisiensi  pengukuran  yang  tinggi.  Mesin  CMM memiliki kelebihan yaitu tingkat presisi yang tinggi, akurat, dan membutuhkan waktu pengukuran yang singkat  (lebih  efisien).  Namun  kekurangannya  adalah  produk  yang  akan  diukur  harus  dalam  keadaan diam/statis,  sehingga  membutuhkan  penyangga.  Permasalahan  inilah  yang  kemudian  membutuhkan suatu penyangga berbentuk tower agar benda tetap statis. Tower penyangga pada umumnya berbentuk segiempat (4 sisi). Umumnya, benda yang memiliki tingkat kerumitan yang tinggi akan membutuhkan sebuah tower penyangga yang memiliki lebih dari  4 sisi. Adapun  produk komersial  tower penyangga dengan lebih dari 4 sisi memiliki harga yang terbilang cukup mahal. Sehingga dalam paper ini dibuatlah sebuah  desain  peyangga  tersebut.  Desain  produk  dirancang  dan  digambar  menggunakan Software SolidWork  2013 .  Produk  dibuat  dengan  proses  permesinan  diantaranya  menggunakan  mesin  bubut, mesin frais , mesin bor, dan alat kerja bangku. Material produk yang digunakan adalah Alumunium 6061. Setelah  produk  jadi,  produk  divalidasi  dimensinya  menggunakan  mesin  CMM.  Hasil  yang  didapat menunjukkan bahwa 64,3% dari jumlah pengukuran produk tower fixture berada dalam batas toleransi yang diizinkan. Selebihnya, sebanyak 35,7% pengukuran tidak dapat diterima karena melebihi dari batas toleransi yang diberikan. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya human error dan ketidak- akuratan  dalam  proses  permesinan  sehingga  menyebabkan  adanya  perbedaan  dimensi  antara  gambar desain dengan dimensi asli produk.
Kata kunci: CMM, penyangga, tower, 6 sisi, GD&T

## 1. PENDAHULUAN
Dunia  manufaktur  khususnya  bidang  kedirgantaraan  dan  otomotif,  mempunyai  standar  tinggi  dalam  penentuan toleransi geometris [1], [2]. Hal tersebut dilakukan untuk menjaga kualitas produk yang dihasilkan yang dimana memang mempunyai prioritas, safety factor yang tinggi karena menyangkut nyawa manusia yang berada di dalamnya. Selain itu
dibutuhkan tingkat  kepresisian yang tinggi  dalam pembuatan produk-produk kedirgantaraan maupun otomotif. Hal ini berkaitan  dengan  proses  perakitan  yang  membutuhkan  sesak  pas  ( clearance kecil).  Oleh  karena  itu,  setelah  proses manufaktur, produk biasanya melewati bagian quality control . Bagian quality control ini akan mengukur dimensi produk secara presisi sesuai dengan dimensi pada gambar rancangan. Alat yang digunakan untuk mengukur dimensi produk harus memiliki tingkat ketelitian yang sangat presisi [3], [4].
Mesin  CMM  ( Coordinate  Measuring  Machine )  merupakan  suatu  alat  pengukur  multi  fungsi  berkecepatan  tinggi yang  menghasilkan  akurasi  dan  efisiensi  pengukuran  yang  tinggi  [5].  Metode  yang  digunakan  adalah  dengan menyentuhkan  probe  pada  beberapa  bagian  (minimal  2  titik)  dari  produk. Probe yang  disentuhkan  tersebut  akan membentuk suatu koordinat/kontur melalui program sehingga dimensinya dapat diketahui. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa mesin CMM memiliki kelebihan yaitu tingkat presisi yang tinggi, akurat, dan membutuhkan waktu pengukuran yang singkat (lebih efisien) [6]. Namun kekurangannya adalah produk yang akan diukur harus dalam keadaan diam/statis, sehingga membutuhkan penyangga.
Produk  pada  bidang  dirgantara  maupun  otomotif  pada  umumnya  tidak  ada  yang  sederhana  dan  berukuran  besar. Permasalahan  inilah  yang  kemudian  membutuhkan  suatu  penyangga  berbentuk  tower  agar  benda  tetap  statis.  Tower penyangga pada umumnya berbentuk segiempat (4 sisi). Umumnya, benda yang memiliki tingkat kerumitan yang tinggi akan membutuhkan sebuah tower penyangga yang memiliki lebih dari 4 sisi. Adapun merek yang menyediakan tower penyangga dengan lebih dari 4 sisi, yaitu Renishaw, memiliki harga yang terbilang cukup mahal.
Oleh karena itu, paper ini berisi tentang tower penyangga yang telah dibuat kemudian diukur kembali menggunakan mesin  CMM.  Hal  ini  dilakukan  karena  untuk  menjadi  tower  penyangga  CMM,  maka  tower  tersebut  harus  sesuai ukurannya  dengan  ukuran  yang  didesain  (presisi  dan  akurat).  Hasil  ukuran  dari  mesin  CMM  yang  nantinya  akan menentukan apakah tower penyangga yang dibuat akan Good/Not Good .

## 2. MATERIAL DAN METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  diawali  dengan  mengumpulkan  dan  mempelajari  literatur-literatur  yang  bersinggungan.  Setelah literatur dirasa cukup kemudian dilakukan desain alat dengan menentukan dimensi dan toleransinya, seperti pada Gambar 1(a).  Desain  produk  dirancang  dan  digambar  menggunakan Software SolidWork  2013 .  Produk  dibuat  dengan  proses permesinan diantaranya menggunakan mesin bubut, mesin frais , mesin bor, dan alat kerja bangku. Material produk yang digunakan adalah Alumunium 6061. Setelah produk jadi, produk akan divalidasi dimensinya menggunakan mesin CMM, seperti yang terlihat pada Gambar 1(b).  Mesin  CMM ini dilengkap dengan probe berdiameter 0,987 mm dengan jenis media yang sesuai dengan pengukuran dimensi luar. Tingkat akurasi yang digunakan pada mesin CMM saat pengambilan data adalah 0,00028 mm.
Secara  umum bentuk  dari tower fixture ini  adalah prisma segienam  dengan pondasi  silinder. Terdapat  dua lubang pada  pondasi  tower fixture yang  dapat  digunakan  untuk  melekatkan  tower fixture pada plate  fixture .  Adapun  dimensi yang  diukur  berjumlah  14  titik  yang  diberi  nama  A,  B,  C,  ...,  hingga  N.  Dimensi  A  merupakan  tinggi  tower fixture , sedangkan dimensi B, C, dan D adalah jarak sisi segienam yang saling berhadapan. Dimensi E, F, G, H, I, dan J merupakan sudut yang dibentuk oleh sisi segienam, sedangkan dimensi K merupakan diameter pondasi/ base tower fixture . Adapun dimensi L, M, dan N berturut-turut adalah jarak antara lubang pondasi, diameter lubang pondasi 1 dan diameter lubang pondasi 2. Gambar 1(c) menunjukkan letak 14 dimensi yang diuji secara jelas.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 1 merupakan hasil rekapitulasi hasil pengambilan data yang didapatkan dari mesin CMM. Percobaan dilakukan sebanyak tiga kali setiap masing-masing dimensi. Dimensi A dilakukan dengan menyentuhkan probe CMM ke puncak tower fixture dengan titik datum meja mesin  CMM.  Gambar 2  menunjukkan grafik hasil pengukuran dimensi  A.  Dari hasil percobaan menunjukkan hasil pengukuran yang tidak sesuai dengan desain awal. Rata-rata hasil pengukuran yang didapatkan adalah 179,056 mm. Terjadi penyimpangan dimensi sebesar 88,8% dari batas toleransi yang diizinkan, yaitu 179,5-180,5  mm.  Hal  ini  mungkin  disebabkan  oleh  ketidak-akuratan  saat  proses  permesinan.  Selain  itu,  hal  ini  dapat terjadi jika permukaan bawah pondasi tidak rata.
(a) (b) (c)
Gambar  1. (A) Rancangan dimensi alat tower fixture, (B) mesin CMM dan produk, (C) Variasi dimensi yang diukur menggunakan mesin CMM
Gambar 2. Grafik hasil pengukuran dimensi A
Gambar 3. Grafik hasil pengukuran dimensi B, C, dan D Gambar 4. Grafik hasil pengukuran dimensi E, F,
Gambar 5. Grafik hasil pengukuran dimensi L G, H, I, dan J
Gambar  3  menunjukkan  hasil  pengukuran  dimensi  B,  C,  dan  D.  Dimensi  B,  C,  dan  D  dilakukan  dengan menyentuhkan probe di kedua sisi segienam yang saling berhadapan. Dimensi yang dirancang untuk B, C, dan D adalah 80 mm dengan toleransi  ±3 mm. Namun  untuk dimensi  B dan C terdapat  penyimpangan dimensi, yaitu berturut-turut sebesar  2%  dan  135,67%.  Penyimpangan  pada  dimensi  C  merupakan  penyimpangan  terbesar.  Hal  ini  mungkin dikarenakan ketidak-rataan permukaan tower akibat proses permesinan. Hanya dimensi  D dari ketiga dimensi  tersebut yang terletak dalam rentang toleransi, yaitu rata-rata 80,016 mm. Sedangkan rata-rata dimensi B dan C adalah 79,694 mm dan 79,293 mm.
Dimensi E, F, G, H, I, dan J merupakan pengukuran sudut yang dibentuk oleh setiap sisi dari tower segienam tersebut. Gambar 4 merupakan grafik hasil pengukuran sudut yang dibentuk oleh sisi tower. Dari gambar tersebut terlihat garis hotam merupakan batas/toleransi yang diizinkan. Sedangkan pengukuran dimensi E, F, H, I, dan J berada dalam batas toleransi. Sedangkan pengukuran dimensi G memiliki penyimpangan sebesar 20,3%, yaitu rata-rata pengukuran 59,603 ° . Penyimpangan yang terjadi pada dimensi C dan dimensi G saling berhubungan. Dari data ini dapat diketahui bahwa irisan dimensi  sisi  C dan dimensi  sudut  G memiliki cacat, baik  yang disebabkan oleh kesalahan proses permesinan maupun faktor human error , kesalahan dalam penentuan titik koordinat ( Datum ) serta pengunaan mesin milling konvensional. Gambar 5 menunjukkan grafik hasil pengukuran dimensi L, yaitu jarak antara dua lubang pada pondasi/base tower fixture. Grafik tersebut menunjukkan adanya penyimpangan sebesar 140,67%, yaitu rata-rata pengukuran 99,278 mm dari yang seharusnya 100±0,3 mm. Penyimpangan ini terjadi karena proses pembuatan lubang dilakukan menggunakan mesin bor manual, sehingga kemungkinan terjadi human error sangat besar.

## Tabel 1. Hasil Pengujian Dimensi Menggunakan Mesin CMM
No. Dimensi Ukuran Toleransi Percobaan 1 Percobaan 2 Percobaan 3 Rata-rata Error (%) Remark A Tinggi total CMM Tower Fixture 180 mm ± 0,5 mm 179.047 mm 179.095 mm 179.027 mm 179.056 mm -0.944 mm Reject B Lebar bidang datar hexagon (1) 80 mm ± 0,3 mm 79.671 mm 79.700 mm 79.710 mm 79.694 mm -0.306 mm Reject C Lebar bidang datar hexagon (2) 80 mm ± 0,3 mm 79.339 mm 79.246 mm 79.295 mm 79.293 mm -0.707 mm Reject D Lebar bidang datar hexagon (3) 80 mm ± 0,3 mm 80.030 mm 80.007 mm 80.012 mm 80.016 mm 0.016 mm Aprove E Sudut hexagon 1 60° ± 0.33° 59.986° 59.917° 59.962° 59.955° -0.045° Aprove F Sudut hexagon 2 60° ± 0.33° 60.539° 59.523° 59.559° 59.874° -0.126° Aprove G Sudut hexagon 3 60° ± 0.33° 59.503° 59.748° 59.559° 59.603° -0.397° Reject H Sudut hexagon 4 60° ± 0.33° 60.220° 60.002° 60.175° 60.132° 0.132° Aprove I Sudut hexagon 5 60° ± 0.33° 59.980° 59.999° 59.978° 59.986° -0.014° Aprove J Sudut hexagon 6 60° ± 0.33° 59.772° 59.811° 59.767° 59.783° -0.217° Aprove K Diameter base 120 mm ± 0,3 mm 120.024 mm 120.029 mm 120.023 mm 120.025 mm 0.025 mm Aprove L Jarak antara lubang base 100 mm ± 0,3 mm 99.332 mm 99.286 mm 99.216 mm 99.278 mm -0.722 mm Reject M Diameter lubang base 1 9 mm ± 0,2 mm 9.074 mm 9.073 mm 9.072 mm 9.073 mm 0.073 mm Aprove N Diameter lubang base 2 9 mm ± 0,2 mm 9.084 mm 9.080 mm 9.087 mm 9.084 mm 0.084 mm Aprove

## 4. KESIMPULAN
Dalam  penelitian  ini  didapatkan  bahwa  64,3%  dari  jumlah  pengukuran  produk tower  fixture berada  dalam  batas toleransi  yang  diizinkan.  Selebihnya,  sebanyak  35,7%  pengukuran  tidak  dapat  diterima  karena  melebihi  dari  batas toleransi yang diberikan. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya human error dan ketidak-akuratan dalam proses permesinan sehingga menyebabkan adanya perbedaan dimensi antara gambar desain dengan dimensi asli produk. Adapun  penyimpangan  dimensi  terbesar  terletak  pada  pengukuran  jarak  antara  dua  lubang  pada  pondasi/ base tower fixture , yaitu sebesar  140,67% dari  batas toleransi  yang diizinkan. Sedangkan penyimpangan terkecil  sebesar  2% dari batas  toleransi  yang  diizinkan,  terjadi  pada  pengukuran  dimensi  B  (jarak  antara  dua  sisi  segienam  yang  saling berhadapan).
Sebagai  acuan  untuk experiment selanjutnya  adalah  dengan  lebih  memperhatikan  proses  manufaktur  (Production Time,  CNC  Machining,  Quality  Process)  dengan  seksama,  yang  lebih  mengacu  kepada  standar  industry  ( Renishaw Product ) untuk produk CMM Fixture yang sudah dikenal di dunia QC.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Terimakasih  kami  ucapkan  kepada  Politeknik  Negeri  Batam  melalui  penulis  kedua  yang  telah  berkenan memfasilitasi sarana dan prasarana berupa mesin CMM di Lab. Metrologi untuk melakukan eksperimen dan pengambilan data. Terimakasih juga kami ucapkan kepada Politeknik Negeri Madura atas sarana dan prasarana dalam penyelesaian paper ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] S. Kweon and D. J. Medeiros, “Part orientations for CMM inspection using dimensioned visibility maps,” CAD Comput. Aided Des. , vol. 30, no. 9, pp. 741–749, 1998.
[2] E. Kiraci, P. Franciosa, G. A. Turley, A. Olifent, A. Attridge, and M. A. Williams, “Moving towards in-line metrology: evaluation of a Laser Radar system for in-line dimensional inspection for automotive assembly systems,” Int. J. Adv. Manuf. Technol. , vol. 91, no. 1–4, pp. 69–78, 2017.
[3] M. Shokri and B. Arezoo, “Computer-aided CMM modular fixture configuration design,” Int. J. Manuf. Technol. Manag. , vol. 14, no. 1–2, pp. 174–188, 2008.
[4] S. Hammad Mian and A. Al-Ahmari, “New developments in coordinate measuring machines for manufacturing industries,” Int. J. Metrol. Qual. Eng. , vol. 5, no. 1, pp. 1–10, 2014.
[5] A. A. Akhmad, A. S. Mohruni, and Zulkarnain, “Pembuatan Alat Bantu Pengukuran Geometri dan Toleransi Pada Koordinate Measuring Machine,” Pros. Semin. Nas. AVOER ke 3, 26-27 Oct. 2011 , pp. 368–377, 2011.
[6] B. W. Febriantoko and M. R. Al Muklis, “REVERSE ENGINEERING OUTER FENDER PADA MOBIL MINI TRUK ESEMKA,” in Simposium Nasional RAPI XI FT UMS – 2012 , 2012, pp. 53–59.