Operasi Pemesinan Dan Perkakas Tangan

PEMBUBUTAN

Pembubutan adalah proses pemesinan yang menggunakan perkakas mata tunggal memotong bagian dari bendakerja bentuk silinder yang berputar. Perkakas dihantarkan secara linear, sejajar dengan sumbu rotasi ,Pembubutan secara tradisional dikerjakan dengan mesin perkakas yang disebut bubut, dilengkapi dengan daya putar dengan kecepatan yang sesuai dan perkakas dihantarkan dengan kecepatan dan kedalaman potong tertentu.

Operasi Mesin Bubut

Berbagai jenis operasi mesin bubut

(a) Pembubutan muka (facing); perkakas dihantarkan secara radial ke bendakerja yang berputar untuk mendapatkan permukaan yang datar.

(b) Pembubutan tirus (taper turning); perkakas dihantarkan dengan membentuk sudut tertentu terhadap sumbu putar sehingga diperoleh bentuk konis.

(c) Pembubutan kontour (contour turning); perkakas dihantarkan dengan mengikuti garis bentuk tertentu sehingga diperoleh benda dengan kontour yang sesuai dengan garis bentuk tersebut.

(d) Pembubutan bentuk (form turning); menggunakan perkakas yang memiliki bentuk tertentu dan dihantarkan dengan cara menekankan perkakas tersebut secara radial ke bendakerja.

(e) Pembubutan tepi (chamfering); tepi perkakas potong digunakan untuk memotong tepi ujung silinder dengan sudut potong tetentu.

(f) Pemotongan (cutoff); perkakas dihantarkan secara radial ke bendakerja yang berputar pada suatu lokasi tertentu sehingga memotong bendakerja tersebut.

(g) Penguliran (threading); perkakas yang runcing dihantarkan secara linear memotong permukaan luar bendakerja yang berputar dalam arah yang sejajar dengan sumbu putar dengan kecepatan hantaran tertentu sehingga terbentuk ulir pada silinder.

(h) Pengeboran (boring); perkakas mata tunggal dihantarkan secara linear, sejajar dengan sumbu putar, pada diameter dalam suatu lubang bendakerja yang telah dibuat sebelumnya.

(i) Penggurdian (drilling); penggurdian dapat dilakukan dengan mesin bubut, dengan menghantarkan gurdi ke bendakerja yang berputar sepanjang sumbu putarnya. Perluasan lubang (reaming) dapat juga dilakukan dengan cara yang sama.

(j) Knurling, merupakan operasi pembentukan logam untuk menghasilkan pola lubang palka menyilang pada permukaan luar bendakerja.

Pembubutan biasa, pembubutan muka, pembubutan tirus, pembubutan kontour, pembubutan tepi, dan pengeboran menggunakan perkakas mata tunggal. Operasi penguliran juga menggunakan perkakas mata tunggal tetapi dengan geometri yang berbeda. Pembubutan bentuk menggunakan perkakas khusus yang disebut perkakas bentuk (form tool) yang didesain secara khusus. Pemotongan pada dasarnya juga menggunakan perkakas bentuk, sedang penggurdian dikerjakan dengan gurdi.

Knurling dibentuk dengan perkakas knurling berupa rol pembentuk yang keras. Permukaan bendakerja yang berputar ditekan dengan rol pembentuk sehingga terbentuk pola knurling.

Bubut Mesin

Bubut sederhana yang digunakan untuk pembubutan adalah bubut mesin (engine lathe), yang merupakan perkakas mesin serbaguna, dioperasikan secara manual, dan banyak dipakai dalam kecepatan produksi rendah sampai sedang.

Komponen utama bubut mesin

(1) Kepala tetap (headstock), terdiri atas unit penggerak, digunakan untuk memutar spindel yang memutar bendakerja.

(2) Ekor tetap (tailstock), terletak bersebrangan dengan kepala tetap, yang digunakan untuk menopang bendakerja pada ujung yang lain.

(3) Pemegang pahat (tool post), ditempatkan di atas peluncur lintang (cross slide) yang dirakit dengan pembawa (carriage).

(4) Peluncur lintang, berfungsi untuk menghantarkan pahat dalam arah yang tegak lurus dengan gerakan pembawa.

(5) Pembawa, dapat meluncur sepanjang batang hantaran (ways) untuk menghan-tarkan perkakas dalam arah yang sejajar dengan sumbu putar.

(6) Batang hantaran, merupakan rel tempat meluncurnya pembawa, dibuat dengan akurasi kesejajaran yang relatif tinggi dengan sumbu spindel.

(7) Ulir pengarah (leadscrew), berfungsi untuk menggerakkan pembawa. Ulir berputar dengan kecepatan tertentu sehingga dihasilkan hantaran dengan kecepatan sesuai dengan yang diinginkan.

(8) Bangku (bed), berfungsi untuk menyangga komponen-komponen yang lainnya.

Bubut mesin konvensional dan kebanyakan mesin-mesin lainnya yang dijelaskan pada bagian ini adalah mesin bubut horisontal yang memiliki sumbu spindel horisontal, dimana panjang bendakerja lebih besar dari pada diameternya. Untuk pekerjaan dengan diameter bendakerja lebih besar daripada panjangnya, lebih sesuai digunakan mesin dengan sumbu putar vertikal.

Ukuran dari mesin bubut, ditentukan dengan :

(1) Diameter bendakerja maksimum yang dapat diputar oleh spindel, yaitu sama dengan dua kali jarak antara titik pusat spindel dengan mesin.

(2) Jarak maksimum antara titik pusat, yang menentukan panjang bendakerja yang dapat dipasang antara pusat kepala tetap dengan pusat ekor tetap.

Sebagai contoh, bubut 14 x 48 menunjukkan bahwa diameter maksimum adalah 14 in dan jarak maksimum antara titik pusat adalah 48 in.

Metode pemegangan bendakerja

Empat metode pemegangan benda kerja dalam pembubutan.

(a) Pemegangan bendakerja diantara pusat, satu di kepala tetap dan yang lain di ekor tetap; digunakan untuk pemegangan bendakerja yang memiliki rasio panjang terhadap diameter besar. Pada pusat kepala tetap, dipasang peralatan yang disebut dog, digunakan untuk memegang bagian luar bendakerja sehingga bendakerja tersebut berputar mengikuti putaran spindel. Pusat ekor tetap dapat berupa pusat hidup atau pusat mati. Pusat hidup berputar dalam bantalan (bearing) yang dipasang pada ekor tetap, sehingga tidak terjadi gesekan karena tidak ada perbedaan putaran antara bendakerja dengan pusat hidup tersebut. Sebaliknya pusat mati dipasang tetap pada ekor tetap, jadi tidak ikut berputar sehingga terjadi gesekan antara bendakerja dengan pusat mati tersebut yang dapat menimbulkan panas.

Pusat mati biasanya digunakan untuk putaran yang rendah, sedang pusat hidup dapat digunakan untuk putaran yang tinggi.

(b) Pencekam/chuck; dengan tiga atau empat ragum (jaw) untuk memegang bendakerja silinder pada diameter luarnya. Ragum sering didesain sedemikianrupa sehingga dapat juga memegang diameter dalam bendakerja tabular. Pencekam pemusatan sendiri (self-centering chuck) memiliki mekanisme yang dapat menggerakkan ragum masuk atau keluar secara serentak. Pencekam yang lain, ragum dapat digerakkan sendiri-sendiri. Pencekam dapat digunakan dengan atau tanpa ekor tetap, untuk bendakerja dengan rasio panjang terhadap diameter rendah, maka dipasang tanpa ekor tetap, tetapi bila rasio panjang terhadap diameternya besar diperlukan ekor tetap agar dapat menyangga bendakerja dengan kokoh.

(c) Leher/collet, terdiri dari bantalan tabular (tabular bushing) dengan belahan longitudinal sepanjang setengah dari panjang leher. Diameter dalam dari leher digunakan untuk memegang bendakerja bentuk silinder, seperti batang logam. Salah satu ujung dapat dimampatkan karena adanya belahan, jadi diameternya dapat diperkecil sehingga dapat memegang bendakerja dengan erat. Karena pengecilan diameter terbatas, maka peralatan pemegang ini harus dibuat dalam berbagai ukuran yang sesuai dengan diameter bendakerja.

(d) Pelat muka/face plate, adalah peralatan pemegang yang dipasang pada spindel mesin bubut dan digunakan untuk memegang bendakerja yang memiliki bentuk tidak teratur. Karena bentuk tidak teratur, maka bendakerja tidak dapat dipegang dengan metode yang lain. Pelat muka dilengkapi dengan pengapit, baut, atau yang lain dalam peralatan tetap atau alat pemegang yang dipasangkan kepadanya sehingga dapat memegang bendakerja yang memiliki bentuk tidak teratur.

Mesin Bubut yang Lain

Beberapa mesin bubut yang lain telah dikembangkan dengan fungsi yang khusus atau untuk proses pembubutan secara automatik. Diantara mesin tersebut adalah :

(1) Bubut ruang perkakas (toolroom lathe) dan bubut kecepatan (speed lathe), mirip dengan bubut mesin.

Bubut ruang perkakas lebih kecil dan memiliki daerah kecepatan dan hantaran yang lebih besar, dan dilengkapi dengan segala perlengkapan yang diperlukan untuk pekerjaan dengan akurasi yang tinggi, sehingga dapat digunakan dalam pembuatan perkakas kecil, alat ukur, cetakan, dan bagian presisi yang lain.

Bubut kecepatan lebih sederhana dibandingkan dengan bubut mesin, tidak dilengkapi dengan pembawa dan peluncur lintang sehingga tidak diperlukan ulir pengarah untuk menggerakkan pembawa. Perkakas potong dipegang oleh operator dengan menggunakan tumpuan yang dipasang pada mesin bubut untuk menyangga perkakas. Kecepatannya lebih tinggi dibandingkan dengan bubut mesin tetapi jumlah pengaturan kecepatannya terbatas. Pemakaian jenis mesin ini adalah untuk pembubutan kayu, pemutaran tekan logam, dan operasi pemolesan.

(2) Bubut turet (turet lathe), posisi ekor tetap diganti dengan turet yang digunakan untuk memegang paling sedikit enam perkakas potong. Perkakas ini dapat dibawa dengan cepat untuk memotong bendakerja dengan urutan yang sesuai. Disamping itu pemegang pahat konvensional pada bubut mesin digantikan dengan turet empat sisi. Karena mesin ini memiliki kemampuan mengganti perkakasnya dengan cepat, maka bubut turet sering digunakan untuk pengerjaan produksi tinggi yang memerlukan urutan pemotongan dalam pengerjaannya.

(3) Mesin pencekam (chucking machines); seperti namanya mesin ini menggunakan pencekam pada spindelnya untuk memegang bendakerja. Ekor tetap tidak digunakan sehingga bendakerja tidak dapat dipegang diantara pusatnya. Penggunaan mesin ini terbatas pada bendakerja yang pendek dan ringan. Cara pengaturan dan pengoperasiannya hampir sama dengan bubut turet, tetapi pada mesin ini hantaran perkakas potongnya dikendalikan secara automatik, sehingga operator hanya bertugas memasang dan melepas bendakerja yang telah selesai dikerjakan.

(4) Mesin batang automatik (automatic bar machine); mirip dengan mesin pencekam, dimana posisi pencekam digantikan dengan leher (collet) untuk memegang bendakerja yang berbentuk batang panjang. Bendakerja dihantarkan dengan menggerakkan kepala tetap hingga pada posisi potongnya. Pada akhir dari setiap siklus pemesinan, dilakukan operasi pemotongan dan batang yang tersisa didorong ke depan untuk dimesin sebagai bendakerja yang baru. Pergerakan bendakerja ke depan dan pergerakan hantaran perkakas potong semuanya dilakukan secara automatik. Mesin ini biasa digunakan untuk membuat sekrup dan suku cadang kecil yang sejenis; sehingga mesin ini sering disebut juga mesin sekrup automatik (automatic screw machine).

Mesin batang dapat diklasifikasikan :

- mesin batang spindel tunggal, dan

- mesin batang spindel jamak.

Mesin batang spindel tunggal memiliki satu spindel dimana pada saat operasi hanya satu perkakas potong yang dapat digunakan, sedang perkakas lainnya dalam keadaan diam (idle).

Mesin batang spindel jamak memiliki lebih dari satu spindel sehingga pada saat yang bersamaan dapat dioperasikan beberapa perkakas potong, seperti ditunjukkan dalam gambar 9.5. Setiap bendakerja harus dimesin secara berurutan dengan enam buah perkakas potong, dengan enam siklus pemotongan, dan pada akhir siklus potong akan dihasilkan satu produk jadi.

(5) Bubut kendali numerik (Numerically controlled lathes); pergerakan pada mesin sekrup dan mesin pencekam secara tradisional dikendalikan dengan nok (cams) dan peralatan yang lainnya. Tetapi sekarang banyak mesin yang dikendalikan dengan kendali numerik komputer (computer numerical control, CNC). Pengendalian dengan menggunakan CNC dapat menghasilkan siklus pemesinan dan geometri yang lebih kompleks. CNC banyak digunakan untuk mengendalikan mesin bubut terutama dalam opearasi pembubutan kontour dan produk-produk yang memerlukan akurasi yang tinggi. Pada saat ini, mesin pencekam dan mesin batang automatik banyak yang sudah menggunakan CNC.

Mesin Pengebor

Pengeboran hampir sama dengan pembubutan, sama-sama menggunakan perkakas mata tunggal. Pembubutan memesin diameter luar sedang pengeboran memesin diameter dalam suatu silinder. Jadi sebenarnya pengeboran merupakan proses pembubutan sisi dalam suatu bendakerja. Perkakas mesin yang digunakan untuk operasi pengeboran disebut mesin pengeboran (boring machines) atau (boring mills).

Berdasarkan letak sumbu putar spindel dan bendakerja, mesin pengebor dapat dibedakan atas dua jenis, yaitu :

- mesin pengebor horisontal

- mesin pengebor vertikal.

Mesin pengebor horisontal (horizonal boring machine, HBM),

(a) Bendakerja diputar oleh spindel, sedang perkakas dipasang pada batang pendukung pengeboran dan dihantarkan ke bendakerja. Untuk mendapatkan kekakuan yang tinggi batang pendukung dibuat dari bahan karbida semented, yang memiliki modulus elastisitas mencapai 90 x 10⁶ lb/in. ² (620 x 10³ MPa).

(b) Perkakas dipasang pada batang pendukung yang disangga pada kedua ujungnya dan diputar diantara pusatnya. Bendakerja dipasang pada mekanisme penghantar dan dihantarkan kepada perkakas yang melewatinya, dimana untuk pengoperasiannya dapat dilakukan dengan mesin bubut.

Mesin pengebor vertikal (vertical boring machine, VBM),

Bendakerja dipasang pada meja kerja yang dapat diputar relatif terhadap dasarnya. Mesin pengebor tertentu kadang-kadang dapat memposisikan dan menghantarkan beberapa perkakas potong secara serentak. Perkakas dipasang pada kepala perkakas yang dapat menghantarkan perkakas secara horisontal dan vertikal relatif terhadap bendakerja. Satu atau dua kepala dipasang pada rel melintang yang dirakit dengan rumah perkakas mesin di atas bendakerja. Perkakas yang dipasang di atas bendakerja dapat digunakan untuk pembubutan muka atau pengeboran. Disamping itu satu atau dua perkakas tambahan dapat dipasang pada kolom samping untuk melakukan pembubutan pada diameter luar bendakerja.

Kepala perkakas yang digunakan pada pengeboran vertikal kadang-kadang berupa turet sehingga dapat membawa beberapa perkakas potong. Hasilnya, hampir tidak ada lagi perbedaan antara mesin ini dengan bubut turet vertikal (vertical turet lathe, VTL). Beberapa perkakas mesin yang dibangun terdapat sedikit perbedaan yaitu VTL digunakan untuk bendakerja dengan diameter sampai dengan 100 in (2,5 m), sementara VBM digunakan untuk diameter yang lebih besar. Juga, mesin pengebor vertikal sering digunakan untuk satu jenis pekerjaan, sementara bubut turet vertikal digunakan untuk sekumpulan produksi.

Kepala perkakas yang digunakan pada pengeboran vertikal kadang-kadang berupa turet sehingga dapat membawa beberapa perkakas potong. Hasilnya, hampir tidak ada lagi perbedaan antara mesin ini dengan bubut turet vertikal (vertical turet lathe, VTL). Beberapa perkakas mesin yang dibangun terdapat sedikit perbedaan yaitu VTL digunakan untuk bendakerja dengan diameter sampai dengan 100 in (2,5 m), sementara VBM digunakan untuk diameter yang lebih besar. Juga, mesin pengebor vertikal sering digunakan untuk satu jenis pekerjaan, sementara bubut turet vertikal digunakan untuk sekumpulan produksi.

PENGGURDIAN DAN OPERASI YANG TERKAIT

Penggurdian adalah operasi pemesinan yang digunakan untuk membuat lubang bulat pada bendakerja. Penggurdian pada umumnya menggunakan perkakas berbentuk silinder yang memiliki dua tepi potong pada ujungnya. Hantaran perkakas dilakukan dengan menekan gurdi yang berputar ke dalam bendakerja yang diam sehingga diperoleh lubang dengan diameter yang sesuai dengan diameter gurdi.

Penggurdian dengan Gurdi Puntir (Twist Drill)

Diantara berbagai macam perkakas pemotong untuk pembuatan lubang, sejauh ini gurdi puntir yang paling umum digunakan. Diameter gurdi berkisar antara 0,006 (0,15 mm) hingga 3,0 in. (7,5 mm). Geometri gurdi puntir yang standar ditunjukkan dalam gambar 9.9. Badan gurdi memiliki dua alur spiral. Sudut alur spiral disebut sudut heliks, yang besarnya sekitar 30^o. Selama pengoperasiann, alur berfungsi sebagai jalan keluar ekstraksi serpihan dari lubang. Walaupun diperlukan alur yang lebar untuk memberikan kelonggaran maksimum keluarnya serpihan, tetapi badan gurdi harus mampu menahan beban sepanjang panjangnya. Oleh karena itu ketebalan antara kedua alur (disebut web) harus dibuat dengan ketebalan tertentu sehingga mampu menahan beban yang dialami.

Pada ujung gurdi puntir terdapat mata potong. Sudut mata potong (point angle) besarnya sekitar 118^o. Ujung mata potong pada umumnya berbentuk tepi pahat (chisel edge). Tepi pahat ini dihubungkan dengan dua tepi potong (cutting edge) yang mengarah pada alur. Bagian dari setiap alur yang berdekatan dengan tepi potong berfungsi sebagai permukaan garuk perkakas.

Perputaran dan hantaran gurdi dihasilkan oleh gerakan relatif antara tepi potong dan bendakerja sehingga terbentuk serpihan. Kecepatan potong pada setiap tepi potong beragam tergantung pada jaraknya dari sumbu putar, semakin jauh dari sumbu putar semakin efisien, dan semakin dekat dengan sumbu putar semakin tidak efisien proses pemotongannya. Kenyataannya kecepatan relatif pada ujung gurdi adalah nol, sehingga tidak terjadi proses pemotongan. Oleh karena itu tepi pahat pada ujung gurdi haruslah ditekan ke dalam material agar dihasilkan penetrasi sehingga terbentuk lubang.

Pada saat proses pemotongan ke dalam lubang, alur harus memiliki kelonggaran yang cukup sepanjang gurdi agar serpihan dapat keluar dari lubang menuju permukaan bendakerja. Gesekan dapat terjadi antara serpihan dengan permukaan garuk tepi potong dan juga antara diameter luar gurdi dengan lubang yang baru dihasilkan. Hal ini dapat menimbulkan panas yang tinggi baik pada gurdi maupun pada bendakerja sehingga dapat menyebabkan kerusakan. Untuk mengurangi terjadinya gesekan dapat dilakukan dengan memberikan cairan pendingin pada ujung gurdi. Beberapa gurdi puntir dibuat dengan lubang di dalamnya dan cairan dipompakan masuk ke dalam lubang dekat ujung gurdi. Cara lain yang dapat ditempuh bila tidak menggunakan cairan pendingin adalah dengan menarik gurdi secara periodik ke luar dari dalam lubang dan dibersihkan sebelum dimasukkan kembali ke dalam lubang.

Kondisi Pemotongan dalam Penggurdian

Operasi yang berkaitan dengan penggurdian ini biasanya diawali dengan pembuatan lubang dengan gurdi,

(a) Pembesaran lubang (reaming), yaitu operasi pembesaran lubang sedikit lebih besar dibandingkan dengan diameter lubang sebelumnya agar diperoleh toleransi yang lebih baik, dan juga untuk memperbaiki permukaan akhir lubang. Perkakas yang digunakan disebut reamer yang biasanya memiliki alur lurus.

(b) Penguliran (tapping), yaitu operasi pembuatan ulir sekrup pada permukaan sebelah dalam suatu lubang yang telah disiapkan sebelumnya.

(c) Pembesaran ujung lubang (counterboring), yaitu pembesaran pada ujung lubang sehingga terdapat dua lubang yang berurutan, dimana lubang yang lebih besar diikuti oleh lubang yang lebih kecil; biasanya digunakan untuk peletakan kepala baut masuk ke dalam lubang sehingga rata dengan permukaan benda.

(d) Pembesaran serong ujung lubang (countersinking), hampir sama dengan counterboring tetapi pembesaran dilakukan menyerong sehingga diperoleh ujung lubang berbentuk konis (kerucut); digunakan untuk peletakan sekrup dan baut kepala rata.

(e) Pemusatan (centering/centerdrilling), yaitu operasi penggurdian yang digunakan untuk pembuatan lubang awal agar proses penggurdian berikutnya lebih stabil dan memiliki akurasi yang lebih baik.

(f) Perataan muka (spotfacing), hampir sama dengan frais yaitu operasi perataan permukaan bendakerja pada daerah tertentu.

Kempa Gurdi

Kempa gurdi merupakan mesin perkakas standar yang digunakan untuk proses penggurdian. Terdapat berbagai jenis mesin kempa gurdi, yaitu :

Kempa gurdi tegak /upright drill press seperti ditunjukkan dalam gambar 9.12, merupakan jenis kempa gurdi yang paling banyak digunakan.

Kempa gurdi tegak terdiri dari :

- meja untuk meletakkan bendakerja,

- kepala penggurdi dengan spindel penggerak gurdi,

- bangku dan kolom untuk menyangga komponen-komponen lainnya.

Kempa gurdi bangku/bench drill, mirip dengan kempa gurdi tegak, hanya ukurannya lebih kecil, dan biasanya diletakkan di atas meja atau bangku.

Kempa gurdi radial /radial drill seperti ditunjukkan dalam gambar 9.13, didesain untuk membuat lubang pada bendakerja yang besar. Mesin ini memiliki lengan radial yang dapat digerakkan secara radial, digunakan untuk menyangga kepala penggurdi. Kepala penggurdi dapat digerakkan sepanjang lengan radial sampai pada jarak yang cukup jauh dari kolom sehingga dapat menggurdi bendakerja yang besar.

Penggurdi kelompok /gang drill, adalah kempa gurdi yang merupakan rangkaian dari dua sampai enam penggurdi tegak, dihubungkan menjadi satu susunan yang segaris. Setiap spindel dapat dioperasikan secara terpisah di atas mejakerja yang sama. Beberapa operasi dapat dilakukan secara berurutan (misalnya pemusatan, penggurdian, pembesaran lubang, dan penguliran), yaitu dengan meletakkan bendakerja pada sebuah jig yang dapat diluncurkan pada mejakerja dari satu spindel ke spindel berikutnya.

Kempa gurdi kendali numerik/numerical control drill press, yaitu mesin gurdi yang menggunakan data numerik untuk mengendalikan pengoperasiannya seperti misalnya untuk penempatan posisi lubang yang akan dibuat pada bendakerja. Kempa gurdi sering dilengkapi dengan turet untuk memegang perkakas potong jamak, dimana pemilihan dan urutan pemakaiannya dapat dilakukan dengan kendali numerik.

FRAIS (MILLING)

Frais adalah operasi pemesinan dimana bendakerja dihantarkan ke perkakas berbentuk silinder yang berputar. Perkakas frais memiliki tepi potong jamak, tetapi pada keadaan khusus kadang-kadang digunakan perkakas dengan satu tepi potong (disebut fly-cutter). Perbedaan gurdi dengan frais terletak pada arah hantarannya. Arah hantaran pada mesin frais tegak lurus dengan sumbu putarnya, sedang pada gurdi hantaran searah dengan sumbu putar perkakas.

Jenis Operasi Frais

Terdapat dua jenis operasi dasar yaitu :

(a) frais keliling/datar (peripheral/plain milling)

(b) frais muka (face milling).

Frais keliling/datar; sumbu perkakas sejajar dengan permukaan yang akan dimesin, dan operasi dilakukan oleh tepi potong yang terletak pada keliling luar perkakas. Terdapat beberapa jenis operasi frais keliling, yaitu :

(a) Frais selubung (slab milling), bentuk dasar frais keliling dimana lebar pemotong melewati kedua sisi bendakerja;

(b) Frais celah (slotting/slot milling), lebar pemotong lebih kecil dari lebar bendakerja, digunakan untuk membuat alur pada bendakerja ( bila pemotong sangat tipis, maka dapat digunakan untuk pembuatan alur yang sempit atau memotong bendakerja menjadi dua, disebut frais gergaji/saw milling);

(c) Frais sisi (side milling), pemotong digunakan untuk memesin sisi bendakerja;

(d) Frais kangkang (straddle milling), hampir sama dengan frais sisi, tatapi digunakan untuk memotong kedua sisi bendakerja.

(a) Putaran frais ke atas, juga disebut frais konvensional :

- Arah gerakan gigi pemotong berlawanan dengan arah hantaran bendakerja;

- Serpihan yang dihasilkan oleh setiap gigi dimulai dari pemotongan sangat tipis, kemudian bertambah tebal;

- Arah gaya potong tangensial terhadap keliling pemotong sehingga pada saat gigi pemotong bekerja cendrung mengangkat bendakerja ke atas.

(b) Putaran frais ke bawah, juga disebut frais panjat :

- Arah gerakan gigi pemotong searah dengan arah hantaran bendakerja;

- Panjang serpihan yang dihasilkan lebih kecil dibandingkan dengan frais ke atas, sehingga umur perkakas akan cendrung lebih lama;

- Arah gaya potong ke bawah, pada saat gigi pemotong bekerja cendrung menekan bendakerja sehingga pegangan bendakerja pada meja mesin menjadi lebih baik.

Frais Muka, sumbu perkakas tegak lurus dengan permukaan yang akan dimesin, dan operasi dilakukan oleh tepi potong pada kedua ujung dan keliling luar perkakas.

(a) Frais muka konvensional (convensional face milling), lebar pemotong lebih besar dari lebar bendakerja, sehingga melewati kedua sisi bendakerja;

(b) Frais muka parsial (partial face milling), memotong bendakerja hanya pada satu sisi;

(c) Frais ujung (end milling), diameter pemotong lebih kecil daripada lebar bendakerja, sehingga terbentuk alur pada bendakerja;

(d) Frais profil (profile milling), bentuk pemotong sama dengan frais ujung, digunakan untuk memotong keliling luar bendakerja yang datar;

(e) Frais saku (pocket milling), bentuk pemotong sama dengan frais ujung, digunakan untuk membuat lubang dangkal pada bendakerja yang datar;

(f) Frais kontour permukaan (surface contouring), ujung pemotong berbentuk bola, digunakan untuk membuat bentuk permukaan tiga dimensi.

Pemotong Frais

Klasifikasi perkakas potong frais sesuai dengan jenis operasi frais seperti yang dijelaskan sebelumnya, yaitu :

(1) Pemotong frais datar/plain milling cutter (gambar 9.14.a), digunakan untuk operasi frais keliling atau selubung, berbentuk silinder dengan beberapa baris gigi. Sisi potong pada umumnya berbentuk sudut heliks untuk mengurangi impak pada bendakerja.

(2) Pemotong frais bentuk/form milling cutter, merupakan pemotong frais keliling yang memiliki sisi potong dengan profil khusus sesuai dengan bentuk produk yang diinginkan. Pemotong frais bentuk banyak digunakan untuk pembuatan roda gigi.

(3) Pemotong frais muka/face milling cutter (gambar 9.14.b), didesain dengan gigi pada kedua ujung dan dan keliling luar perkakas. Frais muka dapat dibuat dengan baja kecepatan tinggi/high speed steel, HSS

(4) Pemotong frais ujung/end milling cutter (gambar 9.17.c), bentuknya menyerupai perkakas gurdi, tetapi pemotongan awal tidak menggunakan ujung perkakas melainkan dengan gigi potong kelilingnya. Pemotong frais ujung dapat didesain dengan ujung persegi, ujung radial, dan ujung bola. Pemotong frais ujung dapat digunakan untuk operasi frais muka, frais profil dan saku, pemotongan alur, pengukiran, pemotongan kontour permukaan, dan pemotongan stempel

Mesin Frais

Mesin frais memiliki spindel yang berputar untuk proses pemotongan dan meja untuk meletakkan, memposisikan, dan menghantarkan bendakerja.

Sebagai awal pembahasan, mesin frais dapat diklasifikasikan atas dua jenis :

- mesin frais horisontal

- mesin frais vertikal.

Mesin frais horisontal, memiliki spindel horisontal dan didesain untuk operasi frais keliling, seperti frais selubung, frais alur, frais sisi, dan frais kangkang.

Mesin frais vertical, memiliki spindel vertical dan didesain untuk operasi frais muka, frais ujung, frais kontour permukaan, dan pemotongan stempel.

Dalam pembahasan selanjutnya mesin frais diklasifikasikan atas beberapa jenis, yaitu :

- lutut dan kolum (knee and column),

- jenis bangku (bed type),

- jenis serut (planer type),

- frais penjejak (tracer mills),

- mesin frais CNC.

Mesin Frais Lutut dan Kolum

Mesin frais lutut dan kolum adalah perkakas mesin dasar untuk operasi frais. Nama ini diberikan karena mesin memiliki dua komponen utama yaitu lutut dan kolum. Komponen-komponen mesin frais lutut dan kolum adalah :

- Dasar (base) untuk menunjang semua komponen mesin frais,

- Kolum untuk menunjang spindel dan lutut,

- Lutut untuk menunjang sadel dan meja kerja, dapat digerakkan dalam arah vertikal (sumbu z),

- Sadel, diletakkan di atas lutut untuk menunjang meja kerja, dapat digerakkan dalam arah melintang (sumbu y),

- Meja kerja, diletakkan di atas sadel untuk menunjang bendakerja, dapat digerakkan dalam arah memanjang (sumbu x).

Jenis ini dapat dibedakan atas dua versi, yaitu :

(a) mesin frais lutut dan kolum horisontal, dan

(b) mesin frais lutut dan kolum vertikal.

Mesin frais lutut dan kolum horisontal, memiliki :

- Arbor, biasanya berupa tangkai yang digunakan untuk memegang perkakas potong dan digerakkan oleh spindle.

- Lengan atas (overarm), digunakan untuk menunjang arbor pada sisi yang bersebrangan dengan spindel.

Mesin frais lutut dan kolum vertikal: perkakas potong dapat langsung dipasang pada spindel tanpa menggunakan arbor.

Terdapat mesin frais lutut dan kolum yang didesain khusus, yaitu :

(a) mesin frais universal (universal milling machine ), dan

(b) mesin frais ram (ram milling machine ).

Mesin frais universal memiliki meja yang dapat diputar dalam bidang horisontal (sekitar sumbu vertikal) ke suatu sudut tertentu, sehingga memungkinkan dapat memotong bendakerja dalam bentuk melingkar dan heliks.

Mesin frais ram memiliki ram yang dapat diatur masuk dan keluar di atas mejakerja untuk memposisikan pemotong relatif terhadap bendakerja, sehingga memungkinkan dapat mengerjakan bendakerja dalam berbagai bentuk.

Frais Jenis Bangku

Mesin frais jenis bangku didesain untuk produksi massal, memiliki kekakuan (rigiditas) lebih tinggi dibandingkan dengan mesin frais lutut dan kolum, sehingga dapat digunakan untuk kecepatan hantaran dan kedalaman potong yang lebih tinggi untuk menghasilkan kecepatan pelepasan material (MRR) yang lebih tinggi pula.

- Mejakerja dipasang langsung di atas bangku, sehingga memiliki rigiditas yang lebih baik daripada mesin frais lutut dan kolum;

- Pemotong dipasang pada kepala spindel yang dapat diatur ketinggiannya sepanjang kolum mesin;

- Penyetelan lintang dibuat dalam pena atau ram spindel;

- Nama simpleks, dupleks, tripleks menunjukkan secara berturut-turut bahwa mesin dilengkapi dengan kepala spindel tunggal, ganda, dan tripel.

- Kepala spindel dalam mesin simpleks dapat berupa model horisontal atau vertikal;

- Kepala spindel dalam mesin duppleks diposisikan horisontal dan satu sama lain dipasang saling berhadapan agar dapat dioperasikan secara bersamaan;

- Kepala spindel dalam mesin tripleks ditambahkan satu kepala spindel lagi yang dipasang vertikal di atas bangku untuk menambah kemampuan pemesinannya.

Frais Jenis Serut

Frais jenis serut ini adalah jenis mesin frais yang paling besar. Konstruksinya mirip dengan konstruksi mesin serut, pahat mata tunggal diganti dengan pahat mata jamak (pahat frais), dengan karakteristik sebagai berikut :

- Memiliki satu atau lebih kepala frais sebagai pengganti pahat mata tunggal yang digunakan pada mesin serut;

- Gerakan hantaran menuju perkakas dilakukan oleh bendakerja;

- Mejakerja dan bangku mesin sangat berat dan relatif rendah dari lantai;

- Kepala frais ditunjang oleh struktur yang memiliki rel sehingga dapat digerakkan melintang terhadap meja.

Frais Penjejak

Frais penjejak disebut juga frais profil (profilling mill), didesain untuk mereproduksi geometri benda yang tidak beraturan yang telah dibuat dalam bentuk pola/mal (template). Dengan menggunakan hantaran oleh operator atau hantaran automatik oleh perkakas mesin, probe penjejak dikendalikan untuk mengikuti pola, sementara kepala frais menduplikasi benda yang diidentifikasi oleh probe untuk dimesin sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Frais penjejak dapat dibagi atas dua jenis berikut ini :

- Penjejak x-y, dimana pola memiliki bentuk datar dengan garis luar yang akan dibentuk menggunakan kendali dua sumbu;

- Penjejak x-y-z, dimana probe mengikuti pola tiga dimensi menggunakan kendali tiga sumbu.

Frais penjejak dapat digunakan untuk membuat bentuk yang tidak mudah dihasilkan dengan hantaran bendakerja terhadap perkakas potong frais dengan cara sederhana. Penggunaannya termasuk untuk pembuatan cetakan biasa (molding) dan cetakan tekan (dies). Saat ini penggunaan mesin frais penjejak telah digantikan dengan menggunakan mesin frais kendali numerik komputer (computer numerical control, CNC).

Mesin Frais CNC

Mesin frais CNC adalah mesin frais perkakasnya dikendalikan dengan data numerik. Mesin frais CNC khususnya sangat cocok digunakan untuk operasi frais profil, frais saku, frais kontour permukaan, dan pemotongan stempel (die sinking), dalam dua atau tiga sumbu mejakerja dikendalikan secara bersamaan untuk memproleh benda potong yang sesuai dengan yang diinginkan. Seorang operator biasanya hanya bertugas mengganti perkakas, memasang dan mengambil bendakerja.

PUSAT PEMESINAN DAN PUSAT PEMBUBUTAN

Pusat pemesinan adalah perkakas mesin automatik yang memiliki kemampuan sangat tinggi untuk melakukan operasi majemuk dibawah kendali CNC dan memerlukan perhatian manusia sangat kecil. Operasi mesin ini pada umumnya menggunakan perkakas potong yang berputar seperti frais dan gurdi. Keistimewaan pusat pemesinan yang membuat mesin ini sangat produktif adalah :

- Penggantian perkakas automatik; untuk mengganti dari satu operasi keoperasi berikutnya perkakas pemotong harus diganti pula. Hal ini dilakukan pada pusat pemesinan dibawah kendali program NC oleh pengganti perkakas automatik yang didesain untuk menggantikan pemotong antara spindel perkakas mesin dan drum penyimpan perkakas (tool storage drum). Kapasitas drum ini biasanya berkisar antara 16 sampai 80 perkakas potong.

- Pemuat-penurun palet (pallet shuttle); beberapa pusat pemesinan dilengkapi dengan dua atau lebih pemuat-penurun palet (bangku kecil) yang dapat secara automatik mentransfer bendakerja ke spindel untuk dimesin. Dengan dua pemuat-penurun, operator dapat menurunkan bendakerja yang telah selesai dikerjakan dan memasang bendakerja berikutnya, sementara mesin masih beroperasi mengerjakan bendakerja yang lain. Hal ini dapat mengurangi waktu pemesinan yang tidak produktif.

- Penempatan bendakerja automatik; beberapa pusat pemesinan memiliki lebih dari tiga sumbu. Mesin sering dilengkapi dengan meja putar, sehingga dalam hal ini diperlukan satu sumbu tambahan untuk menempatkan bendakerja pada sudut tertentu terhadap spindel. Meja putar memungkinkan untuk melakukan pemesinan pada empat sisi bendakerja dengan sekali pengaturan.

Pusat pemesinan horisontal; biasanya digunakan untuk memesin bendakerja bentuk kubus, dimana pemotong dapat memesin keempat sisi vertikal kubus.

Pusat pemesinan vertical; cocok digunakan untuk memesin bendakerja yang datar, dimana perkakas dapat memesin bagian atas bendakerja.

Pusat pemesinan universal; memiliki kepala yang dapat memutar sumbu spindel pada sudut tertentu antara horisontal dan vertikal.

Setelah pengembangan pusat pemesinan CNC berhasil kemudian dikembangkan pusat pembubutan CNC (CNC turning centers), yang mampu melakukan pembentukan berbagai jenis pembubutan dan operasi terkait, pembubutan bentuk, dan penempatan perkakas secara automatik, semua dikendalikan dengan komputer. Beberapa hal rumit yang dapat dilakukan dengan pusat pembubutan adalah :

- pengukuran bendakerja, yaitu mengecek dimensi-dimensi utama setelah dimesin,

- memonitor perkakas dengan menggunakan sensor sehingga dapat diketahui bila perkakas sudah aus.

- penggantian perkakas secara automatik, bila perkakas sudah aus.

- penggantian bendakerja secara automatik setelah selesai dikerjakan.

Pengembangan teknologi perkakas mesin CNC yang terakhir adalah pusat bubut-frais CNC (CNC mill-turn center). Mesin ini memiliki konfigurasi seperti pusat pembubutan biasa, tetapi dengan tambahan dapat memposisikan bendakerja bentuk silinder pada sudut tertentu sedemikianrupa sehingga perkakas potong putar (misalnya pemotong frais) dapat memesin bagian luar benda kerja. Pada pusat pembubutan biasa tidak memiliki kemampuan menghentikan benda kerja pada posisi yang kaku, dan tidak memiliki spindel perkakas putar.

OPERASI PEMESINAN YANG LAIN

Selain operasi bubut, gurdi, dan frais, terdapat operasi pemesinan yang lain yaitu :

- pengetaman (shaping) dan penyerutan (planning),

- pembesaran lubang (broaching), dan

- penggergajian (sawing).

Pengetaman dan Penyerutan

Pengetaman dan penyerutan hampir sama, kedua-duanya mempergunakan perkakas mata tunggal yang menggerak lurus relatif terhadap bendakerja. Perbedaan dari kedua mesin ini yaitu sebagai berikut :

- pada operasi pengetaman, pemotongan dilakukan oleh gerakan perkakas, sedang gerakan hantaran dilakukan oleh bendakerja (gambar 9.26.a),

- pada operasi penyerutan, pemotongan dilakukan oleh gerakan bendakerja, sedang gerakan hantaran dilakukan oleh perkakas

Pengetaman

Komponen mesin, terdiri dari :

- ram, bergerak relatif terhadap kolum untuk melakukan gerakan memotong,

- meja kerja, memegang bendakerja dan melakukan gerakan hantaran,

Urutan gerakan ram dan mejakerja pada proses pemotongan :

- Ram melakukan langkah maju (forward stroke), untuk memotong;

- Ram melakukan langkah balik (return stroke), dengan sedikit mengangkat perkakas agar tidak bergesekan dengan bendakerja;

- Setelah langkah balik selesai, meja melakukan gerakan lateral relatif terhadap gerakan ram untuk menghantarkan bendakerja;

- Siklus potong diulang kembali sampai keseluruhan pekerjaan selesai.

Mekanisme gerakan ram dapat dilakukan dengan penggerak hidraulik atau mekanik.

Penggerak hidraulik memiliki kelebihan dibandingkan dengan penggerak mekanik :

- Gerakan ram dapat dibalik dimana saja dalam segala arah perjalanan,

- Kecepatan potong dan tekanan dalam pergerakan ram konstan dari awal sampai akhir pemotongan.

Kekurangannya, penggerak hidraulik harganya lebih mahal dibandingkan penggerak mekanik.

Baik penggerak mekanik maupun penggerak hidraulik kedua-duanya didesain agar memiliki gerakan balik yang lebih cepat dibandingkan dengan gerakan memotong, sehingga efisiensi kerja mesin dapat ditingkatkan.