BAB II

DASAR TEORI

2.1Proses Bubut

Mesin bubut adalah suatu mesin perkakas yang digunakan untuk memotong

benda atau menyayat benda yang berputar. Bubut sendiri merupakan suatu proses

pemakaan benda kerja yang sayatannya dengan cara memutar benda kerja kemudian

pada pahat digerakan dengan translasi sejajar dengan sumbu putar dari benda kerja.

Gerakan putar dari benda kerja disebut gerak potong relatif dan gerakkan translasi

dari pahat disebut gerak umpan. Dengan mengatur perbandingan kecepatan rotasi

benda kerja dan kecepatan translasi pahat maka akan diperoleh berbagai macam ulir

dengan ukuran kisar yang berbeda. Hal ini dapat dilakukan dengan jalan menukar

roda gigi translasi yang menghubungkan poros spindel dengan poros ulir

Proses bubut adalah proses pemesinan untuk menghasilkan bagian-bagianmesin

berbentuk silindris yang dikerjakan denganmenggunakan Mesin Bubut. Prinsip

dasarnya proses pembentukan benda kerja dengan mengurangi material (material

removal). Pengurangan material dilakukan pada benda kerja yang berputar dengan

alat potong (pahat) yang bergerak secara linear (melintang, memanjang, atau

membentuk sudut), sehingga benda kerja yang dihasilkan umumnya memiliki

penampang berbentuk lingkaran.

Prinsip kerja atau gerakan utama untuk melakukan pemakanan dalam proses

bubut ada 3, yaitu:

a. Main motion, yaitu: gerakan benda kerja berputar

b. Adjusting motion,yaitu: gerakan pahat memasukkan kedalaman pemakanan

c. Feed motion, yaitu: gerakan pahat menyayat benda kerja atau disebut juga

gerak umpan

Gambar 2.1 (a) Gerakan Benda Kerja Berputar,(b)Depth of Cut

(sumber : Amal Mulia, 2014)

Beberapa proses pemesinan selain proses bubut pada Gambar2.1 pada Mesin Bubut

dapat juga dilakukan proses pemesinan yanglain, yaitu bubut dalam (internal

turning), proses pembuatan lubangdengan mata bor (drilling), proses memperbesar

lubang (boring),pembuatan ulir (thread cutting), dan pembuatan alur

(grooving/partingoff).Proses tersebut dilakukan di Mesin Bubut dengan

bantuan/tambahanperalatan lain agar proses pemesinan bisa dilakukan (lihat Gambar

2.2.).

Gambar 2.2 Proses pemesinan pada Mesin Bubut

(a) pembubutan pinggul (chamfering), (b) pembubutan alur (parting-off), (c) pembubutan ulir

(threading), (d) pembubutan lubang (boring), (e) pembuatan lubang (drilling), dan (f)

pembuatan kartel (knurling).

2.2 Parameter pada mesin bubut

Didalam proses pemesinan terdapat Lima elemen dasar proses permesinan

yaitu:

a. Kecepatan potong (cutting speed) ; v (m/min)

b. Kecepatan makan (feeding speed) ; vf (mm/min)

c. Kedalaman potong (depth of cut) ; a (mm)

d. Waktu pemotongan (cutting time) ; tc (min)

e. Kecepatan penghasilan geram (rate of metal removal) ; Z (cm3/min).

Elemen proses permesinan tersebut (v, vf, a, tc, dan Z) dihitung berdasarkan dimensi

benda kerja dan / atau pahat serta besaran dari mesin perkakas.

Pada proses pembubutan yang perlu diperhatikan diantaranya kecepatan putar

spindel (speed), gerak makan (feed), kedalaman potong (dept of cut), jenis pahat dan

bahan benda kerja yang digunakan. Elemen dasar pada proses bubut dapat diketahui

menggunakan rumus yang dapat diturunkan dimana kondisi pemotongan ditentukan

sebagai berikut :

Benda kerja ; do = diameter awal ; mm,

dm = diameter akhir ; mm,

lt = panjang permesinan ; mm,

Pahat ; Kr = sudut potong utama ; o,

γo = sudut geram ; o,

Mesin bubut ; a = kedalaman potong ; mm,

a = ; mm, .......................................(2.1)

f = gerak makan ; mm,

n = putaran poros utama (benda kerja) ; r/min.

Elemen dasar dapat dihitung dengan rumus-rumus berikut :

Kecepatan potong :

; m/min, .........................................................................(2.2)

dimana, d = diameter rata-rata ; mm, yaitu,

; mm, ..............................................................(2.3)

Kecepatan makan :

vf = f.n; mm/min, ............................................................................(2.4)

Waktu pemotongan :

tc = ;min, .....................................................................................(2.5)

Kecepatan penghasil geram :

Z = A . v ; cm3/menit, .......................................................................(2.6)

dimana, A = a . f ; mm2, ....................................................................(2.7)

Dari parameter yang disebutkan diatas, parameter utama yang secara umum

dapat diatur pada mesin bubut yaitu kecepatan putar spindel (speed), gerak makan

(feed) dan kedalaman potong (depth of cut). Faktor yang lain seperti bahan benda

kerja dan jenis pahat sebenarnya juga memiliki pengaruh yang cukup besar, tetapi

tiga parameter di atas adalah bagian yang bisa diatur oleh operator langsung pada

Mesin Bubut.Dalam Teori dan Teknologi Proses Permesinan (Rochim, 1993).

2.3 Geometri pahat pada mesin bubut

Geometri pahat pada mesin bubut terutama bergantung pada material benda kerja

dan material pahat. Yang ditunjukan pada standar terminologi. Untuk pahat bubut

bermata potong tunggal, sudut pahat yang paling pokok adalah sudut beram (rake angle),

sudut bebas (clearance angle), dan sudut sisi potong (cutting edge angle). Sudut-sudut

pahat HSS yang diasah dengan menggunakan mesin gerinda pahat (Tool Grinder

Machine). Sedangkan bila pahat tersebut adalah pahat sisipan yang dipasang pada tempat

pahatnya, geometri pahat dapat dilihat pada gambar 2.3 dan gambar 2.4.

Gambar 2.3. Geometri Pahat Bubut HSS (Pahat diasah dengan mesin gerinda pahat).

(sumber : Widarto, 2008)

Gambar 2 . 4 Geometri Pahat Bubut Sisipan (Insert), Pahat Tangan Kanan dan Pahat Tangan

Kiri (Sumber : Widarto, 2008)

2.4Pengertian Mesin bubut CNC

Perkembangan teknologi industri saat ini telah mengalami kemajuan banyak

indutri di jaman sekarang semua pekerjaan dilakukan dengan komputer yang telah di

aplikasikan di setiap alat atau mesin-mesin di industri misalnya mesin bubut, mesin

frais,bor,dll. Dari sistem pengoperasian teknologi komputer dengan teknologi

mekanik itu lah yang biasanya disebut dengan CNC (Computer Numerically

Control). Didalam Sistem untuk pengoperasian CNC menggunakan program yang

dikontrol langsung oleh komputer. Secara umum konstruksi mesin perkakas CNC

dan sistem kerjanya adalah sinkronisasi antara komputer dan mekaniknya. Jika

dibandingkan dengan mesin perkakas konvensional yang setaraf dan sejenis, mesin

perkakas CNC lebih unggul baik dari segi ketelitian(accurate), ketepatan (precision),

fleksibilitas, dan kapasitas produksi. Sehingga di era modern seperti saat ini banyak

industri-industri mulai meninggalkan mesin-mesin perkakas konvensional dan

beralih menggunakan mesin-mesin perkakas CNC.Secara garis besar pengertian

mesin CNC adalah suatu mesin yang dikontrol oleh komputer dengan menggunakan

bahasa numerik (perintah gerakan yang menggunakan angka dan huruf). Sebagai

contoh: apabila pada layar monitor mesin kita tulis M03 maka spindelutama mesin

akan berputar, dan apabila kita tulis M05 maka spindel utama mesin akan berhenti

berputar. Mesin CNC tingkat dasar yang ada pada saat ini dibagi menjadi

duakelompok, yaitu Mesin CNC Two Axis atau yang lebih dikenal dengan Mesin

Bubut (Lathe Machine) dan Mesin CNC Three Axis atau yang lebih dikenal dengan

Mesin Frais (Milling Machine).(Lilih,2003)

2.4.1 Mesin Bubut CNC

Mesin Bubut CNC dapat dibagi menjadi dua tipe, yaitu Mesin Bubut CNC

Training Unit (CNC TU)danMesin Bubut CNC Production Unit (CNC PU). Kedua

tipe mesin tersebut memiliki prinsip kerja yang hampir sama,akan tetapi yang

membedakan kedua tipe mesin tersebut adalahpenggunaannya ketika di lapangan.

CNC TU dipergunakan hanya untuk latihan dasar pemrograman dan pengoperasian

CNC yang dilengkapidengan EPS (External Programing Sistem).Semetara mesin

CNC jenisTraining Unit mampu digunakan untuk pekerjaanringan dengan bahan

yang relatif mudah dikerjakan atau lunak.Sedangkan Mesin CNC PU digunakan

untuk produksi lebih dari 1 atau massal, sehingga mesin ini dilengkapi dengan

assesoris tambahanseperti sistem pembuka otomatis yang menerapkan prinsip kerja

hidrolis, pembuangan tatal, dan sebagainya (Lilih,2003).

2.4.2 Bagian-bagian Mesin Bubut CNC

Gambar 2 . 5 Bagian Mekanik mesin Bubut CNCLEADWELL Turning Center

(Sumber : Scott Machinery, 2015)

1. Motor Utama

Motor utama adalah motor yang bertujuan untuk menjadi penggerak

cekam untuk memutar benda kerja pada cekam . Motor ini adalah jenis

motor arus searah/DC (Direct Current) dengan kecepatan putaran yang

variabel.

2. Eretan (Support)

Eretan adalah penggerak sumbu pada jalannya mesin. Untuk Mesin Bubut

CNC dibedakan menjadi dua bagian sumbudapat dilihat pada ( Gambar

2.6), yaitu :

a. Eretan memanjang (sumbu Z)

b. Eretan melintang (Sumbu X)

Gambar 2.6Ilustrasi Eretan (Support)

(sumber : Lilih,2003)

3. Step Motor

Step motor berfungsi untuk menggerakkan eretan pada mesin bubut,

yaitu memiliki gerakan sumbu X dan gerakan sumbu Z. setiap eretan

pada mesin bubut memiliki step motor.

4. Rumah Alat potong ( Revolver)

Rumah alat potong berfungsi sebagai penjepit alat potong pada saat

proses pengerjaan benda kerja. Adapun alat yang dipergunakan disebut

revolver atau toolturet, revolver digerakkan oleh step motor sehingga

bisa digerakkan secara manual maupun terprogram.

5. Cekam (Chuck)

Cekam pada Mesin Bubut berfungsi untuk menjepit benda kerja pada

saat proses penyayatan berlangsung. Kecepatan spindel Mesin Bubut ini

diatur menggunakan transmisi sabuk.

6. Kepala Lepas(Tailstock)

Kepala lepas berfungsi sebagai tempat pemasangan center putar pada saat

proses pembubutan benda kerja yang relatif panjang. Pada kepala lepas

ini bisa dipasang pencekam bor, dengan diameter mata bor maksimum 8

mm.

7. Meja Mesin

Meja mesin atau sliding bed gerakan memanjang eretan (gerakan sumbu

Z) tertumpu pada kondisi sliding bed ini. Jika kondisi sliding bed sudah

aus maka hasil pembubutan tidak sempurna.

2.5 Pemograman CNC Turning

Untuk melaksanakan perintah jalannya alat potong pada tujuan yang

diinginkan sangat diperlukan pemograman. Pemograman adalah suatu perintah yang

urutkan sesuai susunan secara rinci setiap langkah per langkah untuk memberi

masukan mesin perkakas CNC yang harus digerakkan atau dikerjakan.(Lilih,2003)

2.5.1 Metode Pemograman CNC

Pemograman CNC dijadikan dua sistem model pemrograman, yaitu sistem

absolut dan sistem incremental. Kedua sistem pemrograman tersebut dapat

dibedakan berdasarkan sistem informasi geometri (sistem penunjukan ukuran) dalam

gambar kerja, yang dapat terdiri dar 2 modeli sistem absolut dan incremental. Pada

gambar kerja sering dijumpai penggunaan penunjukan ukuran campuran, yaitu

sistem absolut dan incremental digunakan secara bersama-sama.

a. Sistem Absolut

Di dalam program CNC sistem pemrograman sistem absolut lebih banyak

digunakan karena sistem pemrograman yang dapat ditentukan dengan data posisi

geometri dalam gambar kerja (produk) didasarkan pada satu titik referensi. Semua

geometri dalam bidang sistem koordinat yang dipilih, didefinisikan letaknya dari satu

titik referensi (titik nol) yang tetap.Pada pemograman bend kerja yang sangat rumit,

melalui kode G tertentu titik nol benda kerja pada CNC bisa dipindah sesuai

keinginan programmer untuk memudahkan pemograman dan untuk menghindari

kesalahan pengukuran. Seperti pada gambar 2.7 terlihat titik pertama adalah titik 0,0

dimana pahat diletakkan pertama kali. Dan titik pertama adalah titik (-3),0 ; titik

kedua adalah titik (-3),(-2,5) ; titik ketiga dan seterusnya mengikuti acuan zero

reference point.

Gambar 2.7. Pengukuran Sistem Absolut.

(Sumber : Paryanto, M.Pd)

b. Sistem Incremental

Pemrograman sistem incremental menggunakan sistem pemrograman yang

dimana untuk menentukan data posisi setiap geometri diukur dari titikreferensi yang

berpindah-pindah, atau disebut titik referensi menerus. Posisi geometri ditentukan

dari kedudukan atau posisiterakhir gerakan relatif perkakas sayat (pisau/pahat).Titik

akhir gerakan/lintasan perkakas sayat, karena gerakan relatifyang dilakukan, adalah

sebagai titik referensi (titik nol) untuk lintasanberikutnya.Sistem inkrimental bisa

disebut juga sistem pemograman berantai. Penentuan pergerakan alat potong dari

titik satu ke titik yang lain mengacu pada titik pemberhentian terakhir alat potong.

Kelemahan dari sistem pemograman inkrimental ini, jika terjadi kesalahan dalam

penentuan titik koordinat penyimpangan atau kesalahan semakin besar. Seperti pada

gambar 2.8 pada tiap titik gerakan pahat merupakan titik acuan baru. Dari titik awal

(0,0) menuju titik 1 dimana titik 1 adalah (-3),0. Titik 1 tersebut menjadi zero

reference point baru sebagai acuan pahat menuju titik kedua. Hal ini berlaku

seterusnya untuk titik lainnya.

Gambar 2.8. Pengukuran Sistem Incrimental.

(Sumber : Paryanto, M.Pd)

2.5.2Struktur Program CNC

Program CNC dapat dilihat dari segi struktur isinya yang terdiri dari 3 bagian

utama, yaitu bagian pembuka, bagian isi, dan bagian penutup. Bagian pembuka

selalu terletak padabagian awal program, bagian isi terletak pada bagian tengah, dan

bagian penutup terletak pada bagian akhir program.

Gambar 2.9 Contoh Struktur Program NC.(Sumber : Widarto, 2008)

2.6 Jenis Spesimen Uji Fatigue

Dalam ASTM E466-82 terdapat specimen untuk uji fatigue benda uji yang

digunakan dibuat dari besi atau material yang lain sesuai kebutuhan untuk

mengambil penelitian dan terkadang dalam uji fatigue spesimen dibuat berbentuk

plat atau berbentuk poros dikarenakan dalam uji fatigue harus menyesuaikan dengan

alat uji fatigue yang sesuai.Ada 2 bentuk spesimen uji fatigue berbentuk plat (gambar

2.10),dan spesimen uji fatigue berbentuk poros(gambar 2.11).

Gambar 2.10 Spesimen Uji FatigueBerbentuk Plat

Gambar 2.11 Spesimen Uji FatigueBerbentuk Poros

2.7 Kekasaran Permukaan

Kekasaran permukaan adalah penyimpangan rata-rata aritmetik dari garis rata-

rata permukaan. Dalam dunia indistri, permukaan benda kerja memiliki nilai

kekasaran permukaan yang berbeda, sesuai dengan kebutuhan dari penggunaan alat

tersebut. Pada nilai kekasaran permukaan terdapat beberapa kriteria nilai kualitas (N)

yang berbeda, dimana Nilai kualitas kekasaran permukaan tersebut telah

diklasifikasikan oleh ISO. Nilai kualitas kekasaran permukaan terkecil dimulai

dariN1 yang memiliki nilai kekasaran permukaan (Ra) 0,025 μm dan nilai yang

paling tinggi adalah N12 dengan nilai kekasarannya 50 μm (Azhar, 2014).

2.7.1 Permukaan

Permukaan adalah suatu batas yang memisahkan benda padat dengan

sekitarnya. Istilah lain yang berkaitan dengan permukaan yaitu profil. Profil atau

bentuk adalah garis hasil pemotongan secara normal atau serong dari suatu

penampang permukaan (Munadi, 1988).

Bentuk dari suatu permukaan dapat dibedakan menjadi dua yaitu permukaan

yang kasar (roughness) dan permukaan yang bergelombang (waviness). Permukaan

yang kasar berbentuk gelombang pendek yang tidak teratur dan terjadi karena

getaran pisau (pahat) potong atau proporsi yang kurang tepat dari pemakanan (feed)

pisau potong dalam proses pembuatannya.Sedangkan permukaan yang bergelombang

mempunyai bentuk gelombang yang lebih panjang dan tidak teratur yang dapat

terjadi karena beberapa faktor misalnya posisi senter yang tidak tepat, adanya

gerakan tidak lurus (non linier) dari pemakanan (feed), getaran mesin, tidak

imbangnya (balance) batu gerinda, perlakuan panas (heat treatment) yang kurang

baik, dan sebagainya. Dari kekasaran (roughness) dan gelombang (wanivess) inilah

kemudian timbul kesalahan bentuk (Munadi, 1988).

Gambar 2.12 Kekasaran, gelombang dan kesalahan bentukdari suatu permukaan (Sumber :

Munadi, 1988)

2.7.2 Parameter Kekasaran Permukaan

Untuk mengukur kekasaran permukaan, sensor (stylus) alat ukur harus

digerakkan mengikuti lintasan yang berupa garis lurus dengan jarak yang telah

ditentukan. Panjang lintasan ini disebut dengan panjang pengukuran (traversing

length). Sesaat setelah jarum bergerak dan sesaat sebelumjarum berhenti alat ukur

melakukan perhitungan berdasarkan data yang dideteksi oleh jarum peraba. Bagian

permukaan yang dibaca oleh sensor alat ukur kekasaran permukaan disebut panjang

sampel (Azhar, 2014).

Gambar 2.13 Profil suatu permukaan. (Sumber : Munadi, 1988)

Menurut Munadi pada Dasar-dasar Metrologi Industri (1988) dijelaskan

beberapa bagian dari profil permukaan dari suatu permukaan, yaitu :

Profil Geometris Ideal (Geometrically Ideal Profile)

Profil ini merupakan profil dari geometris permukaan yang ideal yang

tidak mungkin diperoleh dikarenakan banyaknya faktor yang

mempengaruhi dalam proses pembuatannya.

Profil Referensi (Reference Profile)

Profil ini digunakan sebagai dasar dalam menganalisis karakteistik dari

suatu permukaan.

Profil Terukur (Measured Profile)

Profil terukur adalah profil dari suatu permukaan yang diperoleh

melalui proses pengukuran.

Profile Dasar (Root Profile)

Profil dasar adalah profil referensi yang digeserkan kebawah hingga

tepat pada titik paling rendah pada profil terukur.

Profile Tengah (Centre Profile)

Profil tengah adalah profil yang berada ditengah-tengah dengan posisi

sedemikian rupa sehingga jumlah luas bagian atas profil tengah sampai

RT RP

pada profil terukur sama dengan jumlah luas bagian bawah profil

tengah sampai pada profil terukur.

Kedalaman Total (Peak to Valley), Rt

Kedalaman total ini adalah besarnya jarak dari profil referensi sampai

dengan profil dasar.

Kedalaman Perataan (Peak to Mean Line), Rp

Kedalaman perataan (Rp) merupakan jarak rata-rata dari profil referensi

sampai dengan profil terukur.

Kekasaran Rata-rata (Mean Roughness Indec), Ra

Kekasaran rata-rata merupakan harga-harga rata-rata secara aritmetis

dari harga absolut antara harga profil terukur dengan profil tengah.

Kekasaran Rata-rata Kuadratis (Root Mean Square Height), Rg

Besarnya harga kekasaran rata-rata kuadratis ini adalah jarak kuadrat

rata-rata dari harga profil terukur sampai dengan profil tengah.

2.7.3 Toleransi Kekasaran Permukaan.

Seperti halnya toleransi ukuran (lubang dan poros), harga kekasaran rata-rata

aritmetis Ra juga mempunyai harga toleransi kekasaran. Dengan demikian masing-

masing harga kekasaran mempunyai kelas kekasaran yaitu dari N1 sampai N12.

Besarnya toleransi untuk Ra biasanya diambil antara 50% ke atas dan 25% ke bawah

(Munadi, 1988).

Tabel 2.1 Toleransi harga kekasaran rata-rata Ra (Sumber: Munadi,1988).

Toleransi harga kekasaran rata-rata, Ra dari suatu permukaan tergantung pada

proses pengerjaannya.

Tabel 2.2 Toleransi harga kekasaran rata-rata Ra (Sumber: Munadi,1988).

2.7.4 Penunjukkan Konfigurasi Permukaan

Pada gambar teknik penunjukkan konfigurasi permukaan ditunjukkan dengan

simbol berupa segitiga sama sisi dengan salah satu sudutnya bersentuhan dengan

permukaan (Azhar, 2014).

Gambar 2.14 Penunjukkan Konfigurasi Permukaan