Pemesinan Presisi adalah proses untuk menghilangkan material dari benda kerja selama penyelesaian toleransi yang ketat. Mesin presisi memiliki banyak jenis, termasuk penggilingan, pembubutan, dan pemesinan pelepasan listrik. Mesin presisi saat ini umumnya dikontrol menggunakan Kontrol Numerik Komputer (CNC).
Hampir semua produk logam menggunakan pemesinan presisi, seperti halnya banyak bahan lain seperti plastik dan kayu. Mesin-mesin ini dioperasikan oleh teknisi mesin yang terlatih dan ahli. Agar alat pemotong dapat melakukan tugasnya, alat tersebut harus digerakkan ke arah yang ditentukan untuk membuat potongan yang benar. Gerakan utama ini disebut "kecepatan pemotongan". Benda kerja juga dapat digerakkan, yang dikenal sebagai gerakan sekunder "umpan". Bersama-sama, gerakan-gerakan ini dan ketajaman alat pemotong memungkinkan mesin presisi beroperasi.
Pemesinan presisi berkualitas memerlukan kemampuan untuk mengikuti cetak biru yang sangat spesifik yang dibuat oleh program CAD (desain berbantuan komputer) atau CAM (manufaktur berbantuan komputer) seperti AutoCAD dan TurboCAD. Perangkat lunak tersebut dapat membantu menghasilkan diagram atau garis besar 3 dimensi yang kompleks yang diperlukan untuk membuat alat, mesin, atau objek. Cetak biru ini harus dipatuhi dengan sangat rinci untuk memastikan bahwa suatu produk mempertahankan integritasnya. Sementara sebagian besar perusahaan pemesinan presisi bekerja dengan beberapa bentuk program CAD/CAM, mereka masih sering bekerja dengan sketsa yang digambar tangan pada tahap awal suatu desain.
Pemesinan presisi digunakan pada sejumlah material termasuk baja, perunggu, grafit, kaca, dan plastik. Bergantung pada ukuran proyek dan material yang akan digunakan, berbagai alat pemesinan presisi akan digunakan. Kombinasi apa pun dari mesin bubut, mesin penggilingan, mesin bor tekan, gergaji dan penggiling, dan bahkan robotika berkecepatan tinggi dapat digunakan. Industri kedirgantaraan dapat menggunakan pemesinan kecepatan tinggi, sementara industri pembuatan alat pertukangan kayu dapat menggunakan proses etsa dan penggilingan foto-kimia. Pengadukan hasil produksi, atau jumlah tertentu dari item tertentu, dapat berjumlah ribuan, atau hanya beberapa. Pemesinan presisi sering kali memerlukan pemrograman perangkat CNC yang berarti perangkat tersebut dikontrol secara numerik oleh komputer. Perangkat CNC memungkinkan dimensi yang tepat untuk diikuti selama proses produksi suatu produk.
Penggilingan adalah proses pemesinan dengan menggunakan pemotong putar untuk membuang material dari benda kerja dengan memajukan (atau memasukkan) pemotong ke dalam benda kerja pada arah tertentu. Pemotong juga dapat dipegang pada sudut yang relatif terhadap sumbu alat. Penggilingan mencakup berbagai macam operasi dan mesin yang berbeda, dalam skala mulai dari komponen individual kecil hingga operasi penggilingan berkelompok tugas berat yang besar. Ini adalah salah satu proses yang paling umum digunakan untuk pemesinan komponen khusus dengan toleransi yang presisi.
Penggilingan dapat dilakukan dengan berbagai macam mesin perkakas. Kelas asli mesin perkakas untuk penggilingan adalah mesin penggilingan (sering disebut penggilingan). Setelah munculnya kontrol numerik komputer (CNC), mesin penggilingan berevolusi menjadi pusat permesinan: mesin penggilingan yang dilengkapi dengan pengubah alat otomatis, magasin atau korsel alat, kapabilitas CNC, sistem pendingin, dan penutup. Pusat penggilingan umumnya diklasifikasikan sebagai pusat permesinan vertikal (VMC) atau pusat permesinan horizontal (HMC).
Integrasi penggilingan ke dalam lingkungan pembubutan, dan sebaliknya, dimulai dengan perkakas hidup untuk mesin bubut dan penggunaan penggilingan sesekali untuk operasi pembubutan. Hal ini menghasilkan kelas baru peralatan mesin, mesin multitugas (MTM), yang dibuat khusus untuk memfasilitasi penggilingan dan pembubutan dalam lingkup kerja yang sama.
Bagi teknisi desain, tim R&D, dan produsen yang bergantung pada sumber komponen, pemesinan CNC presisi memungkinkan pembuatan komponen yang rumit tanpa pemrosesan tambahan. Bahkan, pemesinan CNC presisi sering kali memungkinkan komponen jadi dibuat pada satu mesin.
Proses pemesinan membuang material dan menggunakan berbagai macam alat pemotong untuk membuat desain akhir suatu komponen yang seringkali sangat rumit. Tingkat presisi ditingkatkan melalui penggunaan kontrol numerik komputer (CNC), yang digunakan untuk mengotomatiskan kontrol alat pemesinan.
Peran "CNC" dalam pemesinan presisi
Dengan menggunakan instruksi pemrograman berkode, permesinan CNC presisi memungkinkan benda kerja dipotong dan dibentuk sesuai spesifikasi tanpa campur tangan manual oleh operator mesin.
Dengan menggunakan model desain berbantuan komputer (CAD) yang disediakan oleh pelanggan, seorang ahli mesin menggunakan perangkat lunak manufaktur berbantuan komputer (CAM) untuk membuat instruksi untuk mengerjakan komponen tersebut. Berdasarkan model CAD, perangkat lunak menentukan jalur alat apa yang dibutuhkan dan menghasilkan kode pemrograman yang memberi tahu mesin:
■ Berapa RPM dan laju umpan yang benar
■ Kapan dan di mana memindahkan alat dan/atau benda kerja
■ Seberapa dalam pemotongannya
■ Kapan harus mengaplikasikan cairan pendingin
■ Faktor lain yang berhubungan dengan kecepatan, laju umpan, dan koordinasi
Pengontrol CNC kemudian menggunakan kode pemrograman untuk mengendalikan, mengotomatiskan, dan memantau pergerakan mesin.
Saat ini, CNC merupakan fitur bawaan berbagai peralatan, mulai dari mesin bubut, mesin penggiling, dan router hingga mesin EDM (electrical discharge machining), laser, dan mesin pemotong plasma. Selain mengotomatiskan proses pemesinan dan meningkatkan presisi, CNC menghilangkan tugas-tugas manual dan membebaskan masinis untuk mengawasi beberapa mesin yang beroperasi pada saat yang sama.
Selain itu, setelah alur alat dirancang dan mesin diprogram, komponen dapat dijalankan berkali-kali. Hal ini menghasilkan tingkat presisi dan pengulangan yang tinggi, yang pada gilirannya membuat proses ini sangat hemat biaya dan dapat diskalakan.
Bahan yang dikerjakan dengan mesin
Beberapa logam yang umum dikerjakan dengan mesin antara lain aluminium, kuningan, perunggu, tembaga, baja, titanium, dan seng. Selain itu, kayu, busa, fiberglass, dan plastik seperti polipropilena juga dapat dikerjakan dengan mesin.
Faktanya, hampir semua material dapat digunakan dengan pemesinan CNC presisi — tentu saja, tergantung pada aplikasi dan persyaratannya.
Beberapa keuntungan dari pemesinan CNC presisi
Untuk banyak komponen dan suku cadang kecil yang digunakan dalam berbagai macam produk manufaktur, pemesinan CNC presisi sering kali menjadi metode fabrikasi pilihan.
Seperti halnya hampir semua metode pemotongan dan pemesinan, material yang berbeda memiliki perilaku yang berbeda, dan ukuran serta bentuk komponen juga memiliki dampak besar pada proses. Namun, secara umum proses pemesinan CNC presisi menawarkan keunggulan dibandingkan metode pemesinan lainnya.
Hal ini karena pemesinan CNC mampu memberikan:
■ Tingkat kompleksitas bagian yang tinggi
■ Toleransi ketat, biasanya berkisar antara ±0,0002" (±0,00508 mm) hingga ±0,0005" (±0,0127 mm)
■ Permukaan akhir yang sangat halus, termasuk hasil akhir khusus
■ Pengulangan, bahkan pada volume tinggi
Sementara seorang juru mesin yang terampil dapat menggunakan mesin bubut manual untuk membuat komponen berkualitas dalam jumlah 10 atau 100, apa yang terjadi jika Anda membutuhkan 1.000 komponen? 10.000 komponen? 100.000 atau sejuta komponen?
Dengan pemesinan CNC presisi, Anda bisa mendapatkan skalabilitas dan kecepatan yang dibutuhkan untuk jenis produksi bervolume tinggi ini. Selain itu, pengulangan yang tinggi dari pemesinan CNC presisi memberi Anda komponen yang semuanya sama dari awal hingga akhir, tidak peduli berapa banyak komponen yang Anda produksi.
Ada beberapa metode pemesinan CNC yang sangat terspesialisasi, termasuk wire EDM (electrical discharge machining), additive machining, dan 3D laser printing. Misalnya, wire EDM menggunakan bahan konduktif — biasanya logam — dan pelepasan listrik untuk mengikis benda kerja menjadi bentuk yang rumit.
Namun, di sini kita akan fokus pada proses penggilingan dan pembubutan — dua metode subtraktif yang tersedia secara luas dan sering digunakan untuk pemesinan CNC presisi.
Penggilingan vs. pembubutan
Penggilingan adalah proses pemesinan yang menggunakan alat pemotong silinder yang berputar untuk membuang material dan membuat bentuk. Peralatan penggilingan, yang dikenal sebagai penggilingan atau pusat pemesinan, menghasilkan berbagai macam geometri komponen yang rumit pada beberapa objek logam terbesar yang dikerjakan dengan mesin.
Karakteristik penting dari penggilingan adalah benda kerja tetap diam saat alat pemotong berputar. Dengan kata lain, pada penggilingan, alat pemotong yang berputar bergerak mengelilingi benda kerja, yang tetap diam di tempatnya pada alas.
Pembubutan adalah proses pemotongan atau pembentukan benda kerja pada peralatan yang disebut mesin bubut. Biasanya, mesin bubut memutar benda kerja pada sumbu vertikal atau horizontal sementara alat pemotong tetap (yang mungkin berputar atau tidak) bergerak sepanjang sumbu yang diprogram.
Perkakas tidak dapat secara fisik berputar di sekitar komponen. Material berputar, yang memungkinkan perkakas untuk menjalankan operasi yang diprogram. (Ada beberapa mesin bubut di mana perkakas berputar di sekitar kawat yang diumpankan ke kumparan, namun, hal itu tidak dibahas di sini.)
Berbeda dengan proses penggilingan, pada proses pembubutan, benda kerja berputar. Stok komponen berputar pada spindel mesin bubut dan alat pemotong bersentuhan dengan benda kerja.
Permesinan manual vs. CNC
Meskipun mesin penggilingan dan mesin bubut tersedia dalam model manual, mesin CNC lebih cocok untuk tujuan pembuatan komponen kecil — menawarkan skalabilitas dan pengulangan untuk aplikasi yang memerlukan produksi volume tinggi dengan komponen toleransi ketat.
Selain menawarkan mesin 2 sumbu sederhana yang mana alat bergerak pada sumbu X dan Z, peralatan CNC presisi mencakup model multi-sumbu yang mana benda kerja juga dapat bergerak. Hal ini berbeda dengan mesin bubut yang mana benda kerja terbatas pada putaran dan alat akan bergerak untuk menciptakan geometri yang diinginkan.
Konfigurasi multi-sumbu ini memungkinkan produksi geometri yang lebih kompleks dalam satu operasi, tanpa memerlukan pekerjaan tambahan oleh operator mesin. Hal ini tidak hanya memudahkan produksi komponen yang kompleks, tetapi juga mengurangi atau menghilangkan kemungkinan kesalahan operator.
Selain itu, penggunaan cairan pendingin bertekanan tinggi dengan pemesinan CNC presisi memastikan tidak ada serpihan yang masuk ke dalam pekerjaan, bahkan saat menggunakan mesin dengan spindel berorientasi vertikal.
Mesin penggilingan CNC
Berbagai mesin penggilingan bervariasi dalam ukuran, konfigurasi sumbu, laju umpan, kecepatan pemotongan, arah umpan penggilingan, dan karakteristik lainnya.
Namun, secara umum, semua mesin CNC menggunakan spindel yang berputar untuk memotong material yang tidak diinginkan. Mesin ini digunakan untuk memotong logam keras seperti baja dan titanium, tetapi juga dapat digunakan untuk material seperti plastik dan aluminium.
Mesin CNC dibuat untuk dapat diulang dan dapat digunakan untuk segala hal mulai dari pembuatan prototipe hingga produksi bervolume tinggi. Mesin CNC presisi tinggi sering digunakan untuk pekerjaan dengan toleransi ketat seperti penggilingan cetakan dan dies halus.
Sementara penggilingan CNC dapat menghasilkan penyelesaian yang cepat, penyelesaian yang digiling seperti yang diharapkan menghasilkan komponen dengan tanda alat yang terlihat. Proses ini juga dapat menghasilkan komponen dengan beberapa tepi tajam dan gerinda, sehingga proses tambahan mungkin diperlukan jika tepi dan gerinda tidak dapat diterima untuk fitur tersebut.
Tentu saja, alat penghilang gerinda yang diprogram ke dalam urutan tersebut akan menghilangkan gerinda, meskipun biasanya paling banyak mencapai 90% dari kebutuhan akhir, menyisakan beberapa fitur untuk penyelesaian akhir dengan tangan.
Mengenai penyelesaian permukaan, ada alat yang tidak hanya menghasilkan penyelesaian permukaan yang dapat diterima, tetapi juga penyelesaian seperti cermin pada bagian-bagian produk kerja.
Jenis-jenis mesin penggilingan CNC
Dua tipe dasar mesin penggilingan dikenal sebagai pusat permesinan vertikal dan pusat permesinan horizontal, yang perbedaan utamanya terletak pada orientasi spindel mesin.
Pusat permesinan vertikal adalah mesin penggilingan yang poros spindelnya sejajar dengan arah sumbu Z. Mesin vertikal ini dapat dibagi lagi menjadi dua jenis:
■Pabrik penggilingan tempat tidur, dimana spindel bergerak sejajar dengan porosnya sendiri sementara meja bergerak tegak lurus terhadap sumbu spindel
■Turret mill, dimana spindelnya diam dan meja digerakkan sehingga selalu tegak lurus dan sejajar dengan sumbu spindel selama operasi pemotongan
Di pusat permesinan horizontal, sumbu spindel penggilingan sejajar dengan arah sumbu Y. Struktur horizontal berarti penggilingan ini cenderung mengambil lebih banyak ruang di lantai bengkel mesin; penggilingan ini juga umumnya lebih berat dan lebih bertenaga daripada mesin vertikal.
Penggilingan horizontal sering digunakan saat diperlukan penyelesaian permukaan yang lebih baik; itu karena orientasi spindel berarti serpihan pemotongan secara alami akan jatuh dan mudah dilepaskan. (Sebagai manfaat tambahan, penghilangan serpihan yang efisien membantu meningkatkan masa pakai alat.)
Secara umum, pusat permesinan vertikal lebih umum karena sama kuatnya dengan pusat permesinan horizontal dan dapat menangani komponen yang sangat kecil. Selain itu, pusat vertikal memiliki tapak yang lebih kecil daripada pusat permesinan horizontal.
Mesin penggilingan CNC multi-sumbu
Pusat penggilingan CNC presisi tersedia dengan beberapa sumbu. Penggilingan 3 sumbu menggunakan sumbu X, Y, dan Z untuk berbagai macam pekerjaan. Dengan penggilingan 4 sumbu, mesin dapat berputar pada sumbu vertikal dan horizontal serta menggerakkan benda kerja untuk memungkinkan pemesinan yang lebih berkelanjutan.
Mesin penggilingan 5 sumbu memiliki tiga sumbu tradisional dan dua sumbu putar tambahan, yang memungkinkan benda kerja diputar saat kepala spindel bergerak mengelilinginya. Hal ini memungkinkan lima sisi benda kerja dikerjakan tanpa melepas benda kerja dan menyetel ulang mesin.
Mesin bubut CNC
Mesin bubut — juga disebut pusat putar — memiliki satu atau lebih spindel, serta sumbu X dan Z. Mesin ini digunakan untuk memutar benda kerja pada porosnya guna melakukan berbagai operasi pemotongan dan pembentukan, dengan menerapkan berbagai macam alat pada benda kerja.
Mesin bubut CNC, yang juga disebut mesin bubut perkakas aksi langsung, ideal untuk membuat komponen silinder atau bola yang simetris. Seperti mesin penggilingan CNC, mesin bubut CNC dapat menangani operasi yang lebih kecil seperti pembuatan prototipe, tetapi juga dapat diatur untuk pengulangan yang tinggi, yang mendukung produksi volume tinggi.
Mesin bubut CNC juga dapat diatur untuk produksi yang relatif bebas genggam, yang membuatnya banyak digunakan dalam industri otomotif, elektronik, kedirgantaraan, robotika, dan perangkat medis.
Cara kerja mesin bubut CNC
Dengan mesin bubut CNC, batang kosong dari material stok dimasukkan ke dalam chuck spindel mesin bubut. Chuck ini menahan benda kerja di tempatnya saat spindel berputar. Saat spindel mencapai kecepatan yang dibutuhkan, alat pemotong stasioner bersentuhan dengan benda kerja untuk membuang material dan mencapai geometri yang benar.
Mesin bubut CNC dapat melakukan sejumlah operasi, seperti pengeboran, pembuatan ulir, pemboran, reaming, facing, dan taper turning. Operasi yang berbeda memerlukan penggantian alat dan dapat meningkatkan biaya dan waktu penyiapan.
Setelah semua operasi pemesinan yang diperlukan selesai, komponen dipotong dari stok untuk diproses lebih lanjut, jika diperlukan. Mesin bubut CNC kemudian siap untuk mengulangi operasi, dengan sedikit atau tanpa waktu penyiapan tambahan yang biasanya diperlukan di antaranya.
Mesin bubut CNC juga dapat mengakomodasi berbagai pengumpan batang otomatis, yang mengurangi jumlah penanganan bahan baku manual dan memberikan keuntungan seperti berikut:
■ Mengurangi waktu dan tenaga yang dibutuhkan operator mesin
■ Mendukung barstock untuk mengurangi getaran yang dapat berdampak negatif pada presisi
■ Biarkan mesin perkakas beroperasi pada kecepatan spindel yang optimal
■ Minimalkan waktu pergantian
■ Mengurangi limbah material
Jenis-jenis mesin bubut CNC
Ada sejumlah jenis mesin bubut, tetapi yang paling umum adalah mesin bubut CNC 2-sumbu dan mesin bubut otomatis gaya Cina.
Sebagian besar mesin bubut CNC China menggunakan satu atau dua spindel utama ditambah satu atau dua spindel belakang (atau sekunder), dengan transfer putar yang bertanggung jawab untuk spindel pertama. Spindel utama melakukan operasi pemesinan primer, dengan bantuan bushing pemandu.
Selain itu, beberapa mesin bubut gaya Cina dilengkapi dengan kepala alat kedua yang berfungsi sebagai penggilingan CNC.
Dengan mesin bubut otomatis CNC gaya China, material stok dimasukkan melalui spindel kepala geser ke dalam busing pemandu. Hal ini memungkinkan alat untuk memotong material lebih dekat ke titik tempat material ditopang, sehingga mesin China sangat bermanfaat untuk komponen bubut yang panjang dan ramping serta untuk pemesinan mikro.
Pusat pembubutan CNC multi-sumbu dan mesin bubut bergaya China dapat menyelesaikan beberapa operasi pemesinan menggunakan satu mesin. Hal ini menjadikannya pilihan yang hemat biaya untuk geometri kompleks yang jika tidak demikian akan memerlukan beberapa mesin atau penggantian alat menggunakan peralatan seperti mesin penggilingan CNC tradisional.