Pemesinan Presisi adalah proses untuk menghilangkan material dari benda kerja selama memegang penyelesaian dengan toleransi yang ketat.Mesin presisi memiliki banyak jenis, antara lain pemesinan penggilingan, pembubutan, dan pelepasan listrik.Mesin presisi saat ini umumnya dikendalikan menggunakan Computer Numerical Controls (CNC).
Hampir semua produk logam menggunakan pemesinan presisi, seperti halnya banyak material lain seperti plastik dan kayu.Mesin-mesin ini dioperasikan oleh masinis yang terspesialisasi dan terlatih.Agar alat pemotong dapat melakukan tugasnya, alat tersebut harus digerakkan ke arah yang ditentukan untuk menghasilkan potongan yang benar.Gerakan utama ini disebut “kecepatan potong”.Benda kerja juga dapat digerakkan, yang dikenal dengan 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 (computer aided design) atau CAM (computer aided manufacturing) seperti AutoCAD dan TurboCAD.Perangkat lunak ini 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 tetap mempertahankan integritasnya.Meskipun sebagian besar perusahaan permesinan presisi bekerja dengan beberapa bentuk program CAD/CAM, mereka masih sering bekerja dengan sketsa yang digambar tangan pada tahap awal desain.
Pemesinan presisi digunakan pada sejumlah material termasuk baja, perunggu, grafit, kaca, dan plastik.Tergantung pada ukuran proyek dan bahan yang akan digunakan, berbagai alat pemesinan presisi akan digunakan.Kombinasi apa pun dari mesin bubut, mesin penggilingan, mesin bor, gergaji dan penggiling, dan bahkan robotika berkecepatan tinggi dapat digunakan.Industri dirgantara mungkin menggunakan permesinan berkecepatan tinggi, sedangkan industri pembuatan perkakas kayu mungkin menggunakan proses etsa dan penggilingan fotokimia.Perputaran suatu barang, atau jumlah tertentu dari barang tertentu, bisa 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 diikuti selama pengoperasian suatu produk.
Penggilingan adalah proses pemesinan yang menggunakan pemotong putar untuk menghilangkan material dari suatu benda kerja dengan cara memajukan (atau memasukkan) pemotong ke dalam benda kerja pada arah tertentu.Pemotong juga dapat dipegang pada sudut yang relatif terhadap sumbu pahat.Penggilingan mencakup beragam operasi dan mesin yang berbeda, dalam skala mulai dari komponen individual kecil hingga operasi penggilingan kelompok tugas berat yang besar.Ini adalah salah satu proses yang paling umum digunakan untuk mengerjakan komponen khusus dengan toleransi yang tepat.
Penggilingan dapat dilakukan dengan berbagai macam peralatan mesin.Kelas asli peralatan mesin untuk penggilingan adalah mesin penggilingan (sering disebut penggilingan).Setelah munculnya kontrol numerik komputer (CNC), mesin penggilingan berevolusi menjadi pusat permesinan: mesin penggilingan ditambah dengan pengubah pahat otomatis, majalah pahat atau komidi putar, kemampuan 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 langsung untuk mesin bubut dan penggunaan pabrik sesekali untuk operasi pembubutan.Hal ini menghasilkan kelas peralatan mesin baru, mesin multitasking (MTM), yang dibuat khusus untuk memfasilitasi penggilingan dan pembubutan dalam lingkup kerja yang sama.
Untuk insinyur desain, tim R&D, dan produsen yang bergantung pada sumber suku cadang, pemesinan CNC presisi memungkinkan pembuatan suku cadang kompleks tanpa pemrosesan tambahan.Faktanya, pemesinan CNC yang presisi sering kali memungkinkan komponen jadi dibuat pada satu mesin.
Proses pemesinan menghilangkan material dan menggunakan berbagai macam alat pemotong untuk membuat desain akhir suatu komponen, dan seringkali sangat rumit.Tingkat presisi ditingkatkan melalui penggunaan kontrol numerik komputer (CNC), yang digunakan untuk mengotomatisasi kontrol peralatan permesinan.
Peran "CNC" dalam pemesinan presisi
Dengan menggunakan instruksi pemrograman berkode, pemesinan CNC presisi memungkinkan benda kerja dipotong dan dibentuk sesuai spesifikasi tanpa intervensi manual oleh operator mesin.
Mengambil model desain berbantuan komputer (CAD) yang disediakan oleh pelanggan, seorang masinis ahli menggunakan perangkat lunak manufaktur berbantuan komputer (CAM) untuk membuat instruksi pemesinan komponen tersebut.Berdasarkan model CAD, perangkat lunak menentukan jalur alat apa yang diperlukan dan menghasilkan kode pemrograman yang memberitahu mesin:
■ Berapa RPM dan laju pengumpanan yang benar
■ Kapan dan ke mana harus memindahkan pahat dan/atau benda kerja
■ Seberapa dalam pemotongannya
■ Kapan harus menggunakan cairan pendingin
■ Faktor lain apa pun yang terkait dengan kecepatan, kecepatan pemberian pakan, dan koordinasi
Pengontrol CNC kemudian menggunakan kode pemrograman untuk mengontrol, mengotomatisasi, dan memantau pergerakan mesin.
Saat ini, CNC merupakan fitur bawaan dari berbagai peralatan, mulai dari mesin bubut, pabrik, dan router hingga EDM kawat (mesin pelepasan listrik), 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 berjalan pada waktu yang sama.
Selain itu, setelah jalur alat dirancang dan mesin diprogram, mesin dapat menjalankan suatu komponen berkali-kali.Hal ini memberikan tingkat presisi dan pengulangan yang tinggi, yang pada gilirannya menjadikan proses ini sangat hemat biaya dan terukur.
Bahan yang dikerjakan dengan mesin
Beberapa logam yang biasa dikerjakan dengan mesin antara lain aluminium, kuningan, perunggu, tembaga, baja, titanium, dan seng.Selain itu, kayu, busa, fiberglass, dan plastik seperti polipropilen juga dapat dikerjakan dengan mesin.
Faktanya, hampir semua material dapat digunakan dengan pemesinan CNC presisi — tentu saja, bergantung pada aplikasi dan kebutuhannya.
Beberapa keunggulan pemesinan CNC presisi
Untuk banyak komponen kecil dan komponen yang digunakan dalam berbagai macam produk manufaktur, pemesinan CNC presisi sering kali menjadi metode fabrikasi pilihan.
Seperti halnya semua metode pemotongan dan pemesinan, material yang berbeda berperilaku berbeda, dan ukuran serta bentuk komponen juga mempunyai dampak besar pada proses.Namun secara umum proses pemesinan CNC presisi menawarkan keunggulan dibandingkan metode pemesinan lainnya.
Hal ini karena pemesinan CNC mampu menghasilkan:
■ 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 penyelesaian khusus
■ Pengulangan, bahkan pada volume tinggi
Meskipun seorang masinis yang terampil dapat menggunakan mesin bubut manual untuk membuat suku cadang berkualitas dalam jumlah 10 atau 100, apa yang terjadi jika Anda membutuhkan 1.000 suku cadang?10.000 bagian?100.000 atau sejuta bagian?
Dengan pemesinan CNC yang presisi, Anda bisa mendapatkan skalabilitas dan kecepatan yang diperlukan untuk jenis produksi bervolume tinggi ini.Selain itu, pengulangan yang tinggi dari pemesinan CNC presisi memberi Anda suku cadang yang semuanya sama dari awal hingga akhir, tidak peduli berapa banyak suku cadang yang Anda produksi.
Ada beberapa metode pemesinan CNC yang sangat terspesialisasi, termasuk EDM kawat (pemesinan pelepasan listrik), pemesinan aditif, dan pencetakan laser 3D.Misalnya, kawat 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 silindris yang berputar untuk menghilangkan material dan membuat bentuk.Peralatan penggilingan, yang dikenal sebagai pabrik atau pusat permesinan, menyelesaikan geometri komponen kompleks pada beberapa objek logam terbesar yang dikerjakan.
Karakteristik penting dari penggilingan adalah benda kerja tetap diam selama alat pemotong berputar.Dengan kata lain, pada gilingan, alat pemotong yang berputar bergerak mengelilingi benda kerja, yang tetap berada pada tempatnya di atas alas.
Pembubutan adalah proses pemotongan atau pembentukan suatu 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.
Alat tersebut tidak dapat memutar bagian tersebut secara fisik.Material berputar, memungkinkan alat melakukan operasi yang diprogram.(Namun, ada bagian dari mesin bubut yang alatnya berputar di sekitar kawat yang diberi kumparan, hal itu tidak dibahas di sini.)
Pada putaran, tidak seperti penggilingan, benda kerja berputar.Stok bagian menyalakan poros mesin bubut dan alat pemotong bersentuhan dengan benda kerja.
Mesin manual vs. CNC
Meskipun pabrik dan mesin bubut tersedia dalam model manual, mesin CNC lebih sesuai untuk tujuan pembuatan suku cadang kecil — menawarkan skalabilitas dan kemampuan pengulangan untuk aplikasi yang memerlukan produksi volume besar suku cadang dengan toleransi ketat.
Selain menawarkan mesin 2-sumbu sederhana yang alatnya bergerak pada sumbu X dan Z, peralatan CNC presisi menyertakan model multi-sumbu di mana benda kerja juga dapat bergerak.Hal ini berbeda dengan mesin bubut dimana benda kerja hanya sebatas berputar dan perkakas akan bergerak untuk menghasilkan geometri yang diinginkan.
Konfigurasi multi-sumbu ini memungkinkan produksi geometri yang lebih kompleks dalam satu operasi, tanpa memerlukan pekerjaan tambahan oleh operator alat berat.Hal ini tidak hanya mempermudah pembuatan komponen yang rumit, namun juga mengurangi atau menghilangkan kemungkinan kesalahan operator.
Selain itu, penggunaan cairan pendingin bertekanan tinggi dengan pemesinan CNC yang presisi memastikan chip tidak ikut bekerja, bahkan saat menggunakan mesin dengan spindel yang berorientasi vertikal.
Pabrik CNC
Mesin penggilingan yang berbeda bervariasi dalam ukuran, konfigurasi sumbu, laju pengumpanan, kecepatan potong, arah umpan penggilingan, dan karakteristik lainnya.
Namun, secara umum, semua pabrik CNC menggunakan spindel yang berputar untuk memotong material yang tidak diinginkan.Mereka digunakan untuk memotong logam keras seperti baja dan titanium tetapi juga dapat digunakan dengan bahan seperti plastik dan aluminium.
Pabrik CNC dibuat agar dapat diulang dan dapat digunakan untuk segala hal mulai dari pembuatan prototipe hingga produksi volume tinggi.Pabrik CNC presisi kelas atas sering digunakan untuk pekerjaan dengan toleransi ketat seperti penggilingan cetakan dan cetakan halus.
Meskipun penggilingan CNC dapat menghasilkan penyelesaian yang cepat, penyelesaian akhir saat penggilingan menghasilkan bagian-bagian dengan tanda pahat yang terlihat.Hal ini juga dapat menghasilkan komponen dengan tepi dan gerinda yang tajam, sehingga proses tambahan mungkin diperlukan jika tepi dan gerinda tidak dapat diterima untuk fitur tersebut.
Tentu saja, alat deburring yang diprogram ke dalam urutan akan melakukan deburr, meskipun biasanya mencapai paling banyak 90% dari persyaratan akhir, menyisakan beberapa fitur untuk penyelesaian akhir.
Sedangkan untuk penyelesaian permukaan, terdapat alat yang tidak hanya akan menghasilkan penyelesaian permukaan yang dapat diterima, namun juga penyelesaian seperti cermin pada bagian-bagian produk kerja.
Jenis pabrik CNC
Dua tipe dasar mesin milling dikenal sebagai pusat permesinan vertikal dan pusat permesinan horizontal, dimana perbedaan utamanya terletak pada orientasi spindel mesin.
Pusat permesinan vertikal adalah pabrik di mana sumbu spindel disejajarkan dalam arah sumbu Z.Mesin vertikal ini dapat dibagi lagi menjadi dua jenis:
■Bed mill, dimana spindel bergerak sejajar dengan sumbunya sedangkan meja bergerak tegak lurus terhadap sumbu spindel
■Pabrik turret, dimana spindel diam dan meja digerakkan sehingga selalu tegak lurus dan sejajar dengan sumbu spindel selama operasi pemotongan
Di pusat permesinan horizontal, sumbu spindel pabrik disejajarkan dalam arah sumbu Y.Struktur horizontal berarti pabrik ini cenderung memakan lebih banyak ruang di lantai bengkel mesin;mereka juga umumnya lebih berat dan lebih bertenaga daripada mesin vertikal.
Pabrik horizontal sering digunakan ketika diperlukan permukaan akhir yang lebih baik;itu karena orientasi spindel berarti serpihan pemotong secara alami akan rontok dan mudah dilepas.(Sebagai manfaat tambahan, pelepasan chip yang efisien membantu meningkatkan masa pakai alat.)
Secara umum, pusat permesinan vertikal lebih banyak digunakan karena sama kuatnya dengan pusat permesinan horizontal dan dapat menangani komponen yang sangat kecil.Selain itu, pusat permesinan vertikal memiliki tapak yang lebih kecil dibandingkan pusat permesinan horizontal.
Pabrik CNC multi-sumbu
Pusat pabrik CNC presisi tersedia dengan banyak sumbu.Pabrik 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 lebih kontinyu.
Pabrik 5 sumbu memiliki tiga sumbu tradisional dan dua sumbu putar tambahan, 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 belok — memiliki satu atau lebih spindel, dan sumbu X dan Z.Mesin ini digunakan untuk memutar benda kerja pada porosnya untuk melakukan berbagai operasi pemotongan dan pembentukan, menerapkan berbagai macam perkakas pada benda kerja.
Mesin bubut CNC, yang juga disebut mesin bubut perkakas aksi langsung, ideal untuk membuat bagian silinder atau bola yang simetris.Seperti pabrik CNC, mesin bubut CNC dapat menangani operasi yang lebih kecil seperti pembuatan prototipe tetapi juga dapat diatur untuk kemampuan pengulangan yang tinggi, mendukung produksi volume tinggi.
Mesin bubut CNC juga dapat diatur untuk produksi yang relatif bebas genggam, sehingga banyak digunakan dalam industri otomotif, elektronik, dirgantara, robotika, dan peralatan medis.
Cara kerja mesin bubut CNC
Dengan mesin bubut CNC, batangan bahan stok kosong dimasukkan ke dalam chuck spindel mesin bubut.Chuck ini menahan benda kerja pada tempatnya saat spindel berputar.Ketika spindel mencapai kecepatan yang diperlukan, alat pemotong stasioner dikontakkan dengan benda kerja untuk menghilangkan material dan mencapai geometri yang benar.
Mesin bubut CNC dapat melakukan sejumlah operasi, seperti pengeboran, threading, membosankan, reaming, menghadap, dan memutar lancip.Pengoperasian yang berbeda memerlukan penggantian alat dan dapat meningkatkan biaya dan waktu penyiapan.
Ketika semua operasi pemesinan yang diperlukan telah selesai, bagian tersebut dipotong dari stok untuk diproses lebih lanjut, jika diperlukan.Mesin bubut CNC kemudian siap untuk mengulangi operasi, dengan sedikit atau tanpa waktu penyetelan tambahan yang biasanya diperlukan di antaranya.
Mesin bubut CNC juga dapat mengakomodasi berbagai pengumpan batangan otomatis, yang mengurangi jumlah penanganan bahan mentah secara manual dan memberikan keuntungan seperti berikut:
■ Mengurangi waktu dan tenaga yang dibutuhkan operator mesin
■ Mendukung barstock untuk mengurangi getaran yang dapat mempengaruhi presisi secara negatif
■ Biarkan perkakas mesin beroperasi pada kecepatan spindel optimal
■ Minimalkan waktu pergantian
■ Mengurangi limbah material
Jenis mesin bubut CNC
Ada beberapa jenis mesin bubut, namun yang paling umum adalah mesin bubut CNC 2 sumbu dan mesin bubut otomatis model China.
Kebanyakan mesin bubut CNC China menggunakan satu atau dua spindel utama ditambah satu atau dua spindel belakang (atau sekunder), dengan transfer putar bertanggung jawab atas spindel pertama.Spindel utama melakukan operasi pemesinan primer, dengan bantuan selongsong pemandu.
Selain itu, beberapa mesin bubut model Tiongkok dilengkapi dengan kepala perkakas kedua yang beroperasi sebagai pabrik CNC.
Dengan mesin bubut otomatis gaya CNC China, material stok diumpankan melalui spindel kepala geser ke dalam selongsong pemandu.Hal ini memungkinkan alat ini memotong material lebih dekat ke titik di mana material tersebut ditopang, menjadikan mesin China sangat bermanfaat untuk komponen yang panjang dan ramping serta untuk pemesinan mikro.
Pusat pembubutan CNC multi-sumbu dan mesin bubut gaya Tiongkok dapat menyelesaikan banyak operasi pemesinan menggunakan satu mesin.Hal ini menjadikannya pilihan yang hemat biaya untuk geometri kompleks yang memerlukan banyak mesin atau penggantian alat menggunakan peralatan seperti pabrik CNC tradisional.