-
L A P O R A N S K R I P S I
PENGEMBANGAN MESIN CNC ROUTER 3-AXIS
UNTUK UKIR FOTO 3 DIMENSI
KHAN ANNUDIN
NIM. 201552041
DOSEN PEMBIMBING
Solekhan, S.T., M.T.
Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng.
PRGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MURIA KUDUS
2019
-
ii
HALAMAN PERSETUJUAN
PENGEMBANGAN MESIN CNC ROUTER 3-AXIS
UNTUK UKIR FOTO 3 DIMENSI
KHAN ANNUDIN
NIM. 201552041
Kudus, 8 Februari 2019
Menyetujui,
Pembimbing Utama,
Solekhan, S.T., M.T.
NIDN. 0619057201
Pembimbing Pendamping,
Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng
NIDN. 0610079002
Mengetahui
Koordinator Skripsi
Imam Abdul Rozaq, S.Pd., M.T,
NIDN. 0629088601
-
iii
HALAMAN PENGESAHAN
PENGEMBANGAN MESIN CNC ROUTER 3-AXIS
UNTUK UKIR FOTO 3 DIMENSI
KHAN ANNUDIN
NIM. 201552041
Kudus, 18 Februari 2019
Menyetujui,
Ketua Penguji,
Mohammad Dahlan, S.T., M.T.
NIDN. 0601076901
Anggota Penguji I,
Imam Abdul Rozaq, S.Pd., M.T,
NIDN. 0629088601
Anggota Penguji II,
Solekhan, S.T., M.T.
NIDN. 0619057201
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknik
Mohammad Dahlan, S.T., M.T.
NIDN. 0601076901
Ketua Program Studi Teknik Elektro
Mohammad Iqbal, S.T., M.T.
NIDN. 069077501
-
iv
PERNYATAAN KEASLIAN
Saya yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama : Khan Annudin
NIM : 201552041
Tempat & Tanggal Lahir : Pati, 09 Juli 1995
Judul Skripsi : Pengembangan Mesin CNC Router 3-Axis Untuk
Ukir Foto 3 Dimensi
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa penulisan skripsi ini berdasarkan hasil
penelitian, pemikiran dan pemaparan asli dari saya sendiri, baik untuk naskah
laporan maupun kegiatan lain yang tercantum sebagai bagian dari skripsi ini.
Seluruh ide, pendapat, atau materi dari sumber lain telah dikutip dalam skripsi
dengan cara penulisan referensi yang sesuai.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sesungguhnya dan apabila dikemudian
hari terdapat penimpangan dan ketidakbenaran dalam pernyataan ini, maka saya
bersedia menerima sanksi akademik berupa pencabutan gelar dan sanksi lain
sesuai dengan peraturan yang berlaku di Universitas Muria Kudus.
Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar tanpa paksaan dari pihak
manapun.
Kudus, 8 Februari 2019
Yang memberi pernyataan,
Materai 6000
Khan Annudin
NIM. 201552041
-
v
PENGEMBANGAN MESIN CNC ROUTER 3-AXIS
UNTUK UKIR FOTO 3 DIMENSI
Nama mahasiswa : Khan Annudin
NIM : 201552041
Pembimbing :
1. Solekhan, S.T., M.T.
2. Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng
RINGKASAN
CNC (Computer Numerical Control) adalah mesin kerja yang dikendalikan
dengan komputer dan pengoperasiannya menggunakan bahasa numerik (angka dan
huruf). Mesin CNC ada banyak jenisnya, salah satunya adalah mesin CNC Router,
penelitian yang sudah ada mengenai mesin CNC Router digunakan untuk mengukir
motif lokal daerah Jepara dan untuk mengebor PCB. Dari penelitian yang sudah ada
mengenai fungsi mesin CNC Router akan dilakukan pengembangan hasil, yaitu
mengukir relief wajah dengan mesin CNC Router 3-Axis pada bahan grafir kayu
jati belanda.
Langkah awal dari pengukiran relief wajah adalah mengkonversi file
gambar ke dalam bentuk format G-Code dengan aplikasi Aspire, setelah itu
menghubungkan aplikasi GRBL Controller dengan laptop/PC. Untuk proses
pengukiran itu sendiri ada dua langkah yaitu tahap roughing dan tahap finishing,
dimana pada tahap roughing dihasilkan ukiran dengan kontruksi gambar yang
bergaris, sedangkan pada tahap finishing dihasilkan ukiran dengan kontruksi
gambar yang halus.
Mesin CNC ini memiliki parameter area kerja dengan panjang 375 mm,
lebar 335 mm, dan tinggi 135 mm, untuk hasil dari mesin CNC ini memiliki standar
deviasi sebesar 0.256047, error sebesar 0.8 %, akurasi sebesar 99.18 %, dan presisi
sebesar 0.9958.
Kata kunci : CNC, relief wajah, jati belanda, roughing, finishing.
-
vi
DEVELOPMENT OF CNC ROUTER 3-AXIS MACHINE FOR CRAVING
PHOTOS 3 DIMENSION
Student Name : Khan Annudin
Student Identity Number : 201552041
Supervisor :
1. Solekhan, S.T., M.T.
2. Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng
ABSTRACT
CNC (Computer Numerical Control) is a work machine that is controlled
by a computer and its operation uses numerical languages (numbers and letters).
There are many types of CNC machines, one of which is a CNC Router machine,
existing research on CNC Router machines is used to carve local motifs of the
Jepara area and to drill PCB. From the existing research on the functions of CNC
Router machines, the results will be developed, namely carving facial relief with a
CNC Router 3-Axis machine on dutch teak wood engraving materials.
The first step of engraving face relief is to convert the image file into G-
Code format with the Aspire application, then connect the GRBL Controller
application to the laptop/PC. For the engraving process itself there are two steps,
namely the roughing stage and the finishing stage, where during the roughing stage
carvings are produced with striped image construction, while the finishing stage is
carved with fine image contruction.
This CNC machine has a work area parameter with a length of 375 mm, a
width of 335 mm, and a height of 135 mm, for the results of this CNC machine has
a standard deviation of 0.256047, an error of 0.8 %, an accuracy of 99.18 %, and
a precision of 0.9958.
Keywords : CNC, face relief, dutch teak, roughing, finishing.
-
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh
Alhamdulilah, segala puji hanya milik Allah SWT yang telah melimpahkan
segala nikmat, rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
penulisan laporan skripsi dengan judul “Pengembangan Mesin CNC Router 3-Axis
Untuk Ukir Foto 3 Dimensi”. Penyusunan skripsi ini adalah sebagai salah satu
syarat yang harus ditempuh untuk menyelesaikan Program Studi Teknik Elektro
S-1 pada Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus.
Selama penulisan dan penyusunan laporan skripsi ini penulis ingin
menyampaikan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Suparnyo, S.H., M.S. selaku Rektor Universitas Muria Kudus.
2. Bapak Mohammad Dahlan, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Teknik
Unversitas Muria Kudus.
3. Bapak Mohammad Iqbal, S.T., M.T. selaku Ka. Program Studi Teknik
Elektro Universitas Muria Kudus.
4. Bapak Solekhan, S.T., M.T. selaku pembimbing I yang telah memberikan
motivasi, ide dan gagasan dalam menyelesaikan penyusunan skripsi ini.
5. Ibu Noor Yulita Dwi Setyaningsih, S.T., M.Eng. selaku pembimbing II
sekaligus Dosen Pembimbing Akademik yang selalu sabar dalam
memberikan arahan dan bimbingan dalam menyelesaikan penyusunan
skripsi ini.
6. Seluruh Dosen, Laboran dan karyawan Teknik Elektro Universitas Muria
Kudus atas segala ilmu yang bermanfaat bagi penulis.
7. Keluarga Teknik Elektro Angkatan 2015 atas gelak tawa dan solidaritas
yang luar biasa sehingga membuat hair-hari kuliah lebih berarti dan luar
biasa.
8. Seluruh Civitas Akademik Universitas Muria Kudus atas ilmu dan
pengalaman yang bermanfaat bagi penulis.
-
viii
Semoga segala bantuan yang telah diberikan menjadi catatan amal tersendiri
di hari perhitungan kelak dan semoga Allah SWT memberikan balasan yang
setimpal. Berbagai upaya telah penulis lakukan untuk menyelesaikan laporan
skripsi ini, tetapi penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna.
Untuk itu kritik dan saran senantiasa mengharapkan kesempurnaan laporan skripsi
ini.
Akhir kata semoga laporan ini dapat menambah khasanah pustaka di
lingkungan almamater Universitas Muria Kudus. Amin.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh.
Kudus, 8 Februari 2019
Penulis
-
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ...................................................................................... i
HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... ii
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ iii
PERNYATAAN KEASLIAN ........................................................................ iv
RINGKASAN ................................................................................................. v
ABSTRACT ..................................................................................................... vi
KATA PENGANTAR .................................................................................... vii
DAFTAR ISI ................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xiv
DAFTAR SIMBOL ........................................................................................ xvi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvii
DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN .................................................... xviii
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ........................................................................................ 1
1.2 Perumusan Masalah ................................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah ..................................................................................... 2
1.4 Tujuan ..................................................................................................... 3
1.5 Manfaat ................................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 4
2.1 Penelitian Terkait Mesin CNC ............................................................... 4
2.2 Computer Numerical Controller (CNC) ................................................. 8
2.3 G-Code .................................................................................................... 9
2.4 Software Aspire 9.0 ................................................................................. 9
2.5 Software GRBL Controller ..................................................................... 10
2.6 Ukir ......................................................................................................... 11
2.7 Arduino Uno R3 ..................................................................................... 12
2.8 Limit Switch ............................................................................................ 13
-
x
2.9 Motor Spindle Kit ................................................................................... 13
2.10 Motor Stepper ......................................................................................... 14
BAB III METODOLOGI ............................................................................. 18
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................. 18
3.2 Alat dan Bahan ....................................................................................... 18
3.3 Metode Penelitian ................................................................................... 18
3.3.1 Study Literature ............................................................................. 20
3.3.2 Perancangan Hadware................................................................... 20
3.3.2.1 Perancangan Mekanik .......................................................... 20
3.3.2.2 Perancangan Kendali ........................................................... 23
3.3.3 Perancangan Software ................................................................... 24
3.3.4 Perancangan Prototype .................................................................. 25
3.4 Pengujian Pergerakan Mesin CNC Router 3-Axis .................................. 27
3.4.1 Pengujian Sumbu X ....................................................................... 28
3.4.2 Pengujian Sumbu Y ....................................................................... 31
3.4.3 Pengujian Sumbu Z ....................................................................... 35
3.4.4 Keseluruhan Pergerakan Ketiga Sumbu ........................................ 39
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 40
4.1 Konversi File Foto ke Format Code-G ................................................... 40
4.2 Menghubungkan Aplikasi GRBL Controller ke PC/Laptop ................... 44
4.3 Parameter Area Kerja ............................................................................. 46
4.3.1 Sumbu X ........................................................................................ 46
4.3.2 Sumbu Y ........................................................................................ 48
4.3.3 Sumbu Z ........................................................................................ 49
4.3.4 Tampilan Keseluruhan Mesin CNC Router 3-Axis ....................... 49
4.4 Pengujian Pergerakan Mesin CNC Router 3-Axis .................................. 50
4.4.1 Pengujian Sumbu X ....................................................................... 50
4.4.2 Pengujian Sumbu Y ....................................................................... 60
4.4.3 Pengujian Sumbu Z ....................................................................... 69
4.4.4 Perbandingan Error %, Akurasi, dan Presisi Tiap Sumbu ............ 79
4.5 Hasil Pengukiran Foto 3 Dimensi ........................................................... 80
-
xi
BAB V PENUTUP .......................................................................................... 83
5.1 Kesimpulan ............................................................................................. 83
5.2 Saran ....................................................................................................... 83
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 84
LAMPIRAN .................................................................................................... 86
BIODATA PENULIS ..................................................................................... 101
-
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Mesin CNC Router 3-Axis ................................................... 4
Gambar 2.2 Skema Hardware ................................................................. 5
Gambar 2.3 Desain Motif Lokal .............................................................. 6
Gambar 2.4 Skema Rangkaian Limit Switchi dan Emergency ................ 7
Gambar 2.5 Mesin CNC .......................................................................... 9
Gambar 2.6 Aplikasi Aspire 9.0 .............................................................. 10
Gambar 2.7 Aplikasi GRBL Controller ................................................... 10
Gambar 2.8 Mikrokontroler Arduino Uno .............................................. 12
Gambar 2.9 Limit Switch ......................................................................... 13
Gambar 2.10 Motor Spindle Kit ................................................................ 14
Gambar 2.11 Penampang Melintang Motor Stepper Tipe VR .................. 16
Gambar 2.12 Kontruksi Motor Stepper Tipe PM ...................................... 17
Gambar 2.13 Penampang Melintang Motor Stepper Tipe HB .................. 17
Gambar 3.1 Diagram Alur Pembuatan Mesin CNC Router 3-Axis ......... 19
Gambar 3.2 Almunium Profiles ............................................................... 20
Gambar 3.3 Bearing 608 ......................................................................... 21
Gambar 3.4 Roda Rel Sumbu X .............................................................. 21
Gambar 3.5 Roda Rel Sumbu Y .............................................................. 22
Gambar 3.6 Kerangka Sumbu Z .............................................................. 23
Gambar 3.7 Perancangan Hardware ....................................................... 23
Gambar 3.8 Diagram Alur Proses Perancangan Software ....................... 24
Gambar 3.9 Tampilan Mesin CNC Tampak Depan ................................ 25
Gambar 3.10 Tampilan Mesin CNC Tampak Samping ............................ 26
Gambar 3.11 Tampilan Mesin CNC Tampak Belakang ............................ 26
Gambar 3.12 Tampilan Mesin CNC Tampak Pojok Kanan Atas .............. 27
Gambar 4.1 Pengaturan Area Kerja Aspire ............................................. 40
Gambar 4.2 Tampilan Gambar 3 Dimensi ............................................... 41
Gambar 4.3 Tampilan Setting Component Properties ............................. 42
Gambar 4.4 Tampilan Bidang Persegi ..................................................... 43
Gambar 4.5 Tampilan Setting Roughing ................................................. 43
-
xiii
Gambar 4.6 Tampilan Setting Save Toolpats .......................................... 44
Gambar 4.7 Tampilan GRBL Controller Sebelum Connect PC ............. 45
Gambar 4.8 Tampilan GRBL Controller Sesudah Connect PC .............. 45
Gambar 4.9 Tampilan Toolpath Pada GRBL Control ............................. 46
Gambar 4.10 Lintasan Rel dan Penompang Roda Rel Sumbu X .............. 47
Gambar 4.11 Pengukuran Hasil Pergerakan Maksimal Sumbu X ............. 47
Gambar 4.12 Lintasan Rel dan Penompang Roda Rel Sumbu Y .............. 48
Gambar 4.13 Pengukuran Hasil Pergerakan Maksimal Sumbu Y ............. 48
Gambar 4.14 Lintasan Rel dan Penompang Roda Rel Sumbu Z ............... 49
Gambar 4.15 Tampilan Keseluruhan Mesin CNC Router 3-Axis ............. 50
-
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 50 mm ................... 28
Tabel 3.2 Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 100 mm ................. 29
Tabel 3.3 Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 150 mm ................. 29
Tabel 3.4 Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 200 mm ................. 30
Tabel 3.5 Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 250 mm ................. 30
Tabel 3.6 Data Keseluruhan Percobaan Pada Sumbu X ........................... 31
Tabel 3.7 Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 50 mm ................... 32
Tabel 3.8 Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 100 mm ................. 32
Tabel 3.9 Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 150 mm ................. 33
Tabel 3.10 Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 200 mm ................. 33
Tabel 3.11 Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 250 mm ................. 34
Tabel 3.12 Data Keseluruhan Percobaan Pada Sumbu Y ........................... 35
Tabel 3.13 Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 10 mm .................... 35
Tabel 3.14 Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 20 mm .................... 36
Tabel 3.15 Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 30 mm .................... 36
Tabel 3.16 Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 40 mm .................... 37
Tabel 3.17 Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 50 mm .................... 38
Tabel 3.18 Data Keseluruhan Percobaan Pada Sumbu Z ........................... 38
Tabel 3.19 Standar Deviasi, Error, Akurasi, dan Presisi Tiap Sumbu ....... 39
Tabel 4.1 Pengujian Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 50 mm .. 50
Tabel 4.2 Pengujian Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 100 mm. 52
Tabel 4.3 Pengujian Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 150 mm. 54
Tabel 4.4 Pengujian Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 200 mm. 56
Tabel 4.5 Pengujian Pergerakan Sumbu X Dengan Input Jarak 250 mm. 57
Tabel 4.6 Standar Deviasai, Error %, Akurasi, Presisi Pada Sumbu X ... 59
Tabel 4.7 Pengujian Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 50 mm .. 60
Tabel 4.8 Pengujian Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 100 mm. 62
Tabel 4.9 Pengujian Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 150 mm. 63
Tabel 4.10 Pengujian Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 200 mm. 65
Tabel 4.11 Pengujian Pergerakan Sumbu Y Dengan Input Jarak 250 mm. 67
Tabel 4.12 Standar Deviasai, Error %, Akurasi, Presisi Pada Sumbu Y ... 69
-
xv
Tabel 4.13 Pengujian Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 10 mm. .. 70
Tabel 4.14 Pengujian Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 20 mm ... 71
Tabel 4.15 Pengujian Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 30 mm ... 73
Tabel 4.16 Pengujian Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 40 mm ... 75
Tabel 4.17 Pengujian Pergerakan Sumbu Z Dengan Input Jarak 50 mm ... 77
Tabel 4.18 Standar Deviasai, Error %, Akurasi, Presisi Pada Sumbu Z.... 79
Tabel 4.19 Error %, Akurasi, dan Presisi Pada Tiap Sumbu ..................... 79
Tabel 4.20 Konversi Gambar ke Kode-G ................................................... 80
Tabel 4.21 Hasil Proses Penggrafiran......................................................... 81
-
xvi
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan Nomor
Persamaan
% Persen %
ω Kecepatan sudut rpm 1 & 2
π phi - 1
n Step / putaran - 1
Np Pulsa / rotasi - -
τ Torsi Newton meter 2 & 3
P Daya Watt 2
F Gaya Newton 3 & 4
L Panjang Meter 3
m Massa Kg 4
g Percepatan
Gravitasi m/s2 4
SD Standar Deviasi mm 5
Σ Jumlah - 5
x Niai rata-rata - 5
xi Pengujian ke-n - 5
x Expexted Value mm 6
y Measured Value mm 6
Yn Measured Value mm 6
-
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Hasil Pergerakan Sumbu X .................................................. 86
Lampiran 2 Hasil Pergerakan Sumbu Y .................................................. 91
Lampiran 3 Dokumentasi Kegiatan ......................................................... 97
Lampiran 4 Diagram Rangkaian ............................................................. 100
-
xviii
DAFTAR ISTILAH DAN SINGKATAN
.NC : Numerical Control
3D : Tiga Dimensi
A : Ampere
C : Connector
CNC : Computer Numerical Control
DC : Direct Current
DVD : Digital Video Disc
G-Code : Kode G
HB : Hybrid
IC : Integrated Circuit
LCD : Liquid Crystal Display
NC : Normali Close
NO : Normali Open
PC : Personal Computer
PCB : Printed Circuit Board
PM : Permanent Magnet
PPS : Pulsa Per Second
RPM : Revolusi Per Menit
RPS : Revolusi Per Second
RSD : Relatif Standard Deviasi
SD : Standar Deviasi
SDM : Sumber Daya Manusia
USB : Universal Serial Bus
VR : Variable Reluctance