TI-3222: Otomasi Sistem Produksi

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB TI - 3222: Otomasi Sistem Produksi D a sa r - da sa r N um e r ica l Con t r ol Laborat orium Laborat orium Sist em Sist em Produksi Produksi w w w .lspit b.org w w w .lspit b.org

  © © 2004 2004 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB

  Hasil Pembelajaran

• Um um

  ƒ Mahasiwa m am pu unt uk m em aham i cara pengendalian m esin NC, prinsip m esin NC, dasar perhit ungan sudut , pem posisian sert a pergerakan pada m esin NC.

• Khusus

  ƒ Mem aham i dasar- dasar pengendalian m esin NC dan prinsip pergerakan m esin NC

  2 TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Perkembangan mesin Numerical Control (NC)

• Era 1960- an m ulai dipelaj ar i oleh U.S. Airforce unt uk m erancang kom ponen pesawat t erbang.
• Kem am puan ini dapat m enghem at biaya unt uk pem esinan presisi berbent uk cont our.
• Pada 1947, Parson m engem ukakan ide pem buat an kurva

  dat a 3- axis secara ot om at is dan m enggunakan dat a unt uk m engkont rol m esin.

• Parson m enggunakan punched card unt uk m engont rol posisi m esin.
• Pada 1949, Parson dan U.S. Airforce m encipt akan prot ot ipe program m able m illing m achine.
• Pada 1952, awal m ulanya dit am pilkan m esin m illing NC “ t hree- axis Cincinnat i Hydrot el” .
• Dew asa ini, pasaran m esin NC di Am erika m asih di dom inasi oleh m esin buat an Jepang.

  3 TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Prinsip mesin NC

• NC adalah pengont rolan m esin perkakas

  m enggunakan pit a berlobang ( punched t ape) at au program .

• NC dikem bangkan oleh Elect ronic I ndust ries

  Associat ion ( EI A) sebagai suat u sist em yang akt ivit asnya dikont rol oleh dat a num erik yang diisikan pada beberapa t it ik.

• Sist em harus secara ot om at is dit erj em ahkan pada pengendalian m esin dan sekurang- kurangnya dengan porsi dat a t ert ent u.
• Suat u part program m erupakan sekum pulan dat a num erik yang diperlukan unt uk m enghasilkan suat u kom ponen.

  4 TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Sistem mesin NC

• Sist em m esin perkakas NC t erdiri

  dari

  ƒ Machine cont rol unit ( MCU) ƒ Mesin Perkakas

• MCU t erdiri dari

  MCU Mesin ƒ Dat a processing unit ( DPU) , yang

  Perkakas m em proses pem bacaan coded

  dat a dari t ape at au m edia lain

  dan m enerusk an infor m asi ( arah gerakan, feed, dan kont rol fungsi t am bahan) set iap axis ke CLU. ƒ Cont rol- loops unit ( CLU) , m engoperasik an m ekanism e

  DPU gerakan m esin, m enerim a isy arat CLU feed back t ent ang posisi akt ual dan kecepat an gerak set iap axis dan m enginfor m asikan k apan operasi pem esinan selesai dikerj akan.

  5 TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB DPU dan CLU

• Dat a processing unit ( DPU) , t erdiri dari

  ƒ Perangkat dat a- input sepert i paper t ape reader, m agnet ic reader, RS- 232- C port dan lainnya ƒ Dat a reading circuit s dan parit y- checking logic. ƒ Decoding circuit s unt uk pem bahagian dat a bagi pengont rolan axis.

• Cont rol- loops unit ( CLU) , t erdiri dari

  ƒ Suat u fungsi int erpolat or untuk m em erint ahkan perint ah m achine- m ot ion ant ara dat a t it ik- t it ik bagi gerakan t ool. ƒ Perangkat posit ion- cont rol- loops unt uk sem ua gerakan axis ( set iap axis m em punyai cont rol- loops t erpisah) . ƒ Velocit y- cont rol loops, m em erlukan kont rol feed. ƒ Decelerat ion dan backslash t akeup circuit s ƒ Kont rol untuk fungsi t am bahan ( coolant on/ off, perubahan roda- gigi dan spindle on/ off)

  6 TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8 System Or “Director” Hydraulic motor Hydraulic valve Hydraulic pipe Machine Tool conduit leadscrew

  Motor conduit Feedback “package” conduit Numerical Control

  Interpolator & servo control mechanism Control logic

  Table Bed Hydraulic reservoir

  Magnetics Control Cabinet Head

  8 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Komponen utama mesin NC

  Power TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  Relay Selenoid

  Linear motion Translator

  NC Program Execution system

• Kont rol gerakan m esin
• Kode NC dikelom pokkan:

• Sem ua dit erj em ahkan ke

  m achine- cont rol m elalui sist em elect ro- m echanical cont rol.

  ƒ Perint ah pengont rolan gerakan relat if benda k erj a dan t ool ( infor m asi axis dan per pindahan j ar ak pada set iap w akt u) .

  ƒ Perint ah unt uk pengont rolan kom ponen m esin secara individu sepert i kont r ol m esin on/ off, pem ilihan kecepat an spindle, t uk ar t ool, kont rol coolant on/ off

  perkakas NC diperoleh secara lengkap dengan t erj em ahan kode NC k e perint ah m esin

  7 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Kode NC

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Klasifikasi NC

• Mot ion cont rol

  ƒ Point t o point ( PTP) ƒ Cont inuous ( cont ouring) path

• Cont r ol loops

  ƒ Open loop ƒ Closed loop

• Pow er drives

  ƒ Hydraulic ƒ Elect ric ƒ Pneum at ic

• Posit ioning syst em s

  ƒ I ncrem ent al posit ioning ƒ Absolut e posit ioning

  9 TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Motion control (point to point - PTP)

• Mot ion cont rol PTP adalah per geser an m ej a m esin at au spindle ke posisi t ert ent u dan pem esinan ak an dim ulai pada posisi t er seb
• Pada kasus drill, per lu dibuat k an

  lint asan pahat yang t idak m engenai benda kerj a.

  PTP motion control

• Set iap t it ik pada lint asan t er sebut

  m erupakan aw al sebelum m elak ukan drilling ( lihat gam bar PTP m ot ion cont rol) .

• Beberapa k em ungk inan lint asan t ool unt uk ber gerak dari t it ik P ke t it ik Q ( lihat gam bar possible pat hs bet ween t wo locat ion)

  Possible paths between two location in a PTP NC system

  1 0

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Motion control (continuous path)

• Pada cont inuous pat h,

  kont rol m esin m enggerakan dua axis at au lebih secara sim ult an.

• Pengont rolan gerakan t ool

  bergant ung pada lint asan dan bukan t erfokus pada t uj uan ( t it ik) akhir.

• Pem ot ongan :

  ƒ Tool akan m enyent uh benda kerj a ƒ Pem ot ongan dan t ool pat h

  Continuous-path control

  ber pedom ankan pada bent uk yang akan dibuat 1 1

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Motion control (continuous path – linear interpolation)

• Pem ot ongan slot dilakuk an dari ar ah kiri

  o

  ke kanan dengan sudut 30 ,

• Spindle at au m ej a bergerak sej auh 4.330in kear ah kanan, dan keat as sebesar 2.500in. Ger akan diagonal dilakukan sej auh 5.00
• Pada pem ot ongan ini m em erlukan dua

  m ot or pengger ak bergerak secara sim ult an dengan dua k ecepat an yang berbeda.

• Sist em cont our ing cont rol ini lebih m ahal dibandingkan dengan peralat an PTP.
• Pengont rolan laj u lint asan adalah

  ∆ x

  proposional dengan j ar ak per pindahan

  V =

  V x f

  2

  2

  ( ∆x dan ∆y) yang disebut dengan linear

  ∆ + x ∆ y int er polat ion. y

  ∆

• V

  adalah kecepat an gerakan, V dan V

  f x y V =

  V y f

  2

  2 ∆ + x ∆ y adalah kecepat an arah x dan y.

  1 2

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB I nterpolasi sirkular

  Inner tolerance

• NC selalu m encapai akurasi

  (t )

  i geom et ri bent uk kom plek yang lebih baik dan harga sedik it lebih m ahal dibandingkan konvensional

• I nt er polasi selalu m enj adi t im e-

  Outer tolerance

  consum ing j ika dihit ung secara

  (t )

  o m anual.

• I nt er polasi sirkular selalu

  dikelom pokkan pada

  ƒ I nner t olerance Total tolerance

  ƒ Out er t olerance (t )

  t

  ƒ Tot al t olerance

• Besar t olerance selalu

  dibandingkan ant ara kurva dengan garis akt ual.

  1 3

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Perhitungan sudut ( θ )

• I nner t olerance
₂ t i θ

  θ R − t R − t i −1 i

  R cos ; : 2 cos = maka θ =

2 R R

  (a) Inner-tolerance specification

• Out er t olerance
₂ t o θ

  R θ R −

1 R

  cos = ; maka : = 2 cos θ

  (b) Outer-tolerance specification

  2 R t R t + +

• Tot al t olerance
₂ t _t θ

  R θ R − t R − t

  −1 t t t cos = ; : θ = 2 cos ^t maka

  (c) Total tolerance specification

  2 R t R t + + t t

  1 4

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Perhitungan sudut

• Cara m endapat kan j um lah

  chord pada lingkaran at au kurva ƒ Dengan t it ik pusat a,b dan

  P ₃ radius R, m aka

  P ² o

  360 P ¹ NCHORD = (a,b)

  θ P _NCHORD P

  ƒ Nilai int eger dari j um lah NCHORD-1 chord

• o

  ⎛ 360 ⎞ (d) Convention for numbering chord

• NCHORD = int ⎜⎜ ⎟⎟ θ ⎝ ⎠ ƒ Perhit ungan sudut adalah

  o 360 =

  θ

  NCHORD 1 5

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Controh perhitungan sudut

• Unt uk m encari koordinat pada

  lingkaran adalah sebagai berikut : x = a + R

  1 y = b

  1 P

  3 P

  2 x = a + R cos

  θ*

  2 y = b + R sin

  θ*

  2 P

  1 (a,b) x = a + R cos 2 P NCHORD

  θ*

  3 y = b + R sin 2

  θ*

  3 P NCHORD-1 Secara umum untuk titik P adalah i x = a + R cos (i - 1)

  θ* i y = b + R sin (i - 1)

  θ* i

  1 6

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

• Teknik m engukur int erpolasi
• Teknik pengukuran int erpolasi dengan nBLUs
• Pengukuran ini m enggunakan segm en garis lurus dalam
• Buat per sam aan lint asan dari t it ik awal ( X ,Y ) dan t it ik akhir ( X

  Y

• Cari arah per pindahan
• X > 0, bergerak kearah X posit ip
• X < 0, bergerak kearah X negat ip
• X = 0, t idak ber gerak pada arah X ƒ Unt uk arah Y dapat dilakukan dengan cara yang sam a

  Bila step-size kecil (nBLUs Æ 0) Bila step-size meningkat, pola peningkatan “stair-case” akan mudah terlihat

  Ex

Ey

(X , Y ) (X ₁ , Y ₁ ) Kandidat titik step pertama Kandidat titik step kedua

  

nBLU<X>

nBLU< Y >

  acuan yang baru

  )

  y

  , E

  x

  1

  ƒ Jika X

  1

  ƒ Jika X

  ƒ Jika X

  1

  1 ) .

  ,Y

  1

  Prosedur

  1 8 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB I nterpolasi straight-line dengan nBLUs

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  m elakukan perpindahan dari sat u t em pat ke t em pat lain secara inkrem en, f ( x,y,z) .

  ƒ St raight - line int erpolat ion ƒ Circular int erpolat ion

  ( pengukuran lebih m endek at i ukuran sebenar)

  ƒ Chords : digunakan unt uk variasi geom et ris ( t idak t epat unt uk perhit ungan t olerance) ƒ nBLUs : berpedom an pada ukuran langkah at au st ep- size

  1 7 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB I nterpolasi lain

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  X

• Dapat kan err or ( E
>Evaluasi gera
• Updat e X dan Y m enj adi t it ik

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB I nterpolasi circular dengan nBLUs

  Prosedur

  Lingkaran

  1. Pada awal t it ik, coba dapat kan garis yang ada t angent

  2. Cari error ( E , E ) dari t it ik nBLU ke

  x y

  garis t angent

  Garis tangent pada (X ,Y ) ƒ Jik a E < E , m aka t eruskan ke arah X

  1

  1 x y dan updat e t it ik yang ada. ƒ Jik a E > E , m aka t eruskan ke arah Y x y dan updat e t it ik yang ada.

  Jik a E = E , m aka t eruskan ke salah Garis tangent ƒ x y pada (X ,Y ) sat u ar ah dan updat e t it ik yang ada.

  3. Evaluasi gerak dan j angan m elebihi t it ik akhir lingkaran dan berhent i.

  > Ey

Y

  Kalau t idak lanj ut kan st ep 4.

  > Titik mula Ey Y

  Ex

  4. Gam bar garis ant ara t it ik pusat dan (X , Y )

  

nBLU<

t it ik selanj ut nya dari axis yang dipilih. nBLU<

  5. Dapat kan garis t angent pada t it ik nBLU<X> nBLU<X> dim ana lingkaran dan garis dan st ep

4. Kem udian kem bali ke st ep 2. (X , Y ) = (X +nBLU, Y )

  _{1 1}

  1 9

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB n Chord method (circular interpolation) n Chord Method (major circle Diameter 1 inch) (1) Inner tolerance t = 0.05 (in) t = 0.01 (in)

  (2) Outer tolerance t = 0.05 (in) t = 0.01 (in) t = 0.005 (in)

  (3) nBLU Method n = 100BLU = 0.05 (in) n = 10BLU = 0.005 (in)

  2 0

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB I nterpolator timing

  P register f

  Ada dua cara unt uk r Accumulator m endapat kan pulsa

• f

  A Pulse divider dalam int erpolat or

  ƒ Menggunakan soft ware x - axis f

r Updown Motor

  Motor counter control dan hardware unt uk

  CNC m em bangkit kan sinyal feedback pulsa

  Base interupt clock x: fr ƒ Menggunakan t im er y: fr

• Y

  Pulsa diagram dihasilkan oleh pulsa div ider.

  result Jika m enggunakan

• X

  A Pulse diagram t im er, nilai regist er j uga akan digunakan unt uk clock output f Timer (p) f m em bagi clock r

  N-bit wide frekuensinya. Penggunaan timer untuk menghasilkan pulsa

  2 1

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB I nterpolator timing

• Jika m enggunakan t im er, nilai

  regist er j uga akan digunakan unt uk m em bagi clock frekuensinya.

• Frekuensi out put dan regist er value dapat diperoleh dengan

  clock output

  f f

  P f Timer (p) f = r N

• r

2 N-bit wide

  N

• f

  2 r

  P = f Penggunaan timer untuk menghasilkan pulsa

  dim ana:

  f = fr ek uensi input clock , Hz f r = frekuensi out put N = panj ang kalim at ( w or d lengt h) , bit s P = r egist er value

  2 2

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Perhitungan jumlah pulsa

  Data : 6 ×

  3

  1 BLU = 0.001in.

  V = y

  2 . * 001

  60

  3

  

2

  3 f = 1 x 10 Hz ∆x = 2in. = 83.3BLU/s ∆y = 3in.

• 2

  V = 6in./min fr = 55.5 f x

  N = 10 fr = 83.3 y

  10

55 .

  5

  2 × Solusi:

  P = =

  57

  3 x

  

1

  6

  2

  10 ×

  1 ×

  V =

  10 x

  3

  2

83 .

  2

3 P

  2 × . 001 60 *

• 2

  3

  85 = = y

  

1

  10 × = 55.5BLU/s

  2 3

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Transduser

  ƒ Encoder inkrem en

• Posit ion t ransducer

  ƒ Digunakan pada sist em

  ω Æ Ke Æ f

  closed- loop unt uk feedback posit ion Dim ana: frekuensi pulsa out put ,

  ƒ Cont oh di m esin NC adalah pulse/ s ( f) dan kecepat an input encoder , r esolver , angular, rpm ( ω) induct osyns. ƒ Sem ua inform asi dikirim

• Resolver

  dalam sinyal elekt rik ƒ Sam a dengan generat or AC, berfungsi sebagai perangkat analog

• Encoder

  ƒ Selalu digunakan unt uk ω Æ Ke Æ v m engukur per pindahan secara angular .

  Dim ana: volt ase AC ouput ( v) dan ƒ Ada dua j enis encoder konst ant a revolver ( Ke)

  ( ink rem en & absolut )

  v t V sin w t w t ( ) = ( ( ) ) φ + +

  [ ]

  ƒ Out put encoder absolut berupa kode biner yang

• I nduct osy ns

  m enunj ukkan posisi angular ƒ Selalu digunakan pada t ransduser por os. linear dan j uga dapat digunakan pada pengukuran rot asi.

  2 4

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Transduser

  Encoder

• Speed t ransducer

  ƒ Yang biasa digunakan adalah t achom et er

  ω Æ K Æ v

  t dim ana: v

  = volt ase out put , volt s ω = kecepatan angular poros, rad/ s

  K = konst ant a t achom et er, t volt s/ rad

  Tachometer

  2 5

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Control loops

  Open- loops cont rol m echanism

  ƒ Pada skem a disam ping, cont roller digunakan sebagai

  Tool

  on- line processor dar i progr am dan dat a agar dapat

  Workpiece

  m elak sanakan perint ah spesifik unt uk m anipulasi m esin dan pr oses akt uat or .

  Table Lead screw Stepping

  ƒ Prinsip open- loops j uga

  motor

  berupaya m enggunakan kom put er sebagai m anipulasi elekt r ik at au m ot or st epper elekt r ohidrolik unt uk

  ∆ X

  pengont rolan m esin perkakas

  NC Control Electric Logic Pulse 2 6

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

• Mot or st epper
• Tenaga hidrolik

  

Pulses from

Electronic

Control unit

Ball bearing nut

  Workpiece Motion of the table Operator control

  Work table Stepping motor Spindle

  Cutter Electronic Control unit

  High precision Lead screw Tape and tape reader

• Tenaga elekt rik

  ƒ Mot or st epper ƒ Mot or DC

  ƒ Terdiri dari m ot or hidrolik, penggerak m ula, pom pa hidr olik ( suplai t enaga hidr olik ke m ot or) , m ot or elekt r ik ( m enggerakk an pom pa) , kat up serv o ( m engont r ol alir an fluida hidr olik) . ƒ Biaya t inggi, bising, m udah t erj adi k ebocor an.

  ƒ Tenaga hidrolik ƒ Tenaga elekt rik

  2 8 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Power drives

  Penggerak t enaga:

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  Reference (desired position) Lead screw

  DC Motor DAC c o m par ator Up- dow n c ounter

  Encoder

Gear

box

Tacho meter Amp

  ƒ Mekanism e unt uk m elakukan t indakan koreksi yang m em bandingk an hasil dat a akt ual dengan hasil dat a yang diharapk an. ƒ Pada sist em dibawah, m enggam barkan sist em pengont rolan dim ana pengont rol dit em pat kan pada cont r ol- loop dengan m engum pulkan dat a dari sensor proses, m enerim a st at us referensi yang diharapk an ( set point ) dari operat or , dan cont rol loop diak hir i dengan per int ah m anipulasi yang m eny ebabk an perubahan spesifik dalam out put pr oses.

  Closed- loops cont rol m echanism

  2 7 D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Control loops

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8

  ƒ Merupakan akt uat or elekt rom ekanikal yang m ent erj em ahkan sinyal elekt rik ke sist em m ekanikal yang baku. ƒ Pada gam bar dibaw ah diilust rasikan cara kerj a m ot or st epper unt uk m enggerakan kerj a m ekanik

  D e pa r t e m e n Te k n ik I n du st r i FTI - I TB Positioning Systems

  Ger akan posisi seper t i t er gam bar Y • Leadscr ew ( ACME scr ew t hr ead) sebesar 20t ur ns/ in.

  C (45,75)

• Sist em pengger ak dengan gain ( g) encoder sebesar 500pulsa/ r ev.
• BLU dapat dihit ung

  Pit ch = P = 1/ 20t hr ead/ in. = 0.05t hr eads/ in BLU = P/ g = ( 0.05in./ r ev) / ( 500pulses/ r ev) = 0.0001in./ pulse

• Bila kem am puan m ot or ber put ar sebesar 1300r pm , m aka

  kecepat an ger ak m ej a m esin ( single- axis) dapat dihit ung

  B (35,45)

  

75

( r pm ) = 1300r ev/ m in m ax

  Vm ax = P* ( r pm ) = ( 0.05in./ r ev) ( 1300rev./ m in) = 65in./ m in m ax

  A (20,25)

• Lam a per ger akan sej auh 2.5inchi pada kelaj uan 6in./ m in adalah

  45 V = s/ t

  25 T = s/ V = ( 2.5in.) / ( 6in./ m in) = 0.4167m in= 25s

• Jum lah sinyal encoder yang seharusny a kem bali adalah

  p = s/ BLU = ( 2.5in.) / ( 0.0001in./ pulse) = 25,000pulses

  20 X

  35

• Kelaj uan pulsa adalah

  45 r = p/ t = 25,000pulses/ 25s = 1000pulses/ s p

  2 9

  TI-3222: Otomasi Sistem Produksi - 8