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