SISTEM KOORDINAT CNC MILL

TUJUAN PEMBELAJARAN

BAHAN AJAR

A. SISTEM KOORDINAT KARTESIAN CNC MILL

1. Pengertian Sistem Koordinat

Sistem koordinat Kartesian pada mesin CNC Mill (X, Y, Z) adalah fondasi dari seluruh proses pemesinan. Sistem ini berfungsi untuk mengendalikan pergerakan pahat potong atau meja kerja secara presisi dalam ruang tiga dimensi. Dengan sistem ini, mesin CNC dapat memahami dan mengeksekusi instruksi dari program (G-Code) untuk membuat bentuk dan fitur yang kompleks pada benda kerja.

a. Sumbu X

Arah Gerakan: Sumbu X mengontrol gerakan pahat atau meja kerja secara horizontal dari kiri ke kanan atau sebaliknya.
Fungsi: Sumbu ini bertanggung jawab atas pergerakan pemotongan memanjang, yang biasanya sejajar dengan sisi panjang meja kerja. Dalam pemrograman, pergerakan positif ( $X +$ ) biasanya menggerakkan pahat ke kanan, sementara pergerakan negatif ( $X -$ ) menggerakkan pahat ke kiri.

b. Sumbu Y

Arah Gerakan: Sumbu Y mengontrol gerakan pahat atau meja kerja secara melintang atau dari depan ke belakang.
Fungsi: Sumbu ini bertanggung jawab atas pergerakan pemotongan melintang, tegak lurus dengan sumbu X. Pergerakan positif ( $Y +$ ) menggerakkan pahat menjauhi operator (ke belakang), sedangkan pergerakan negatif ( $Y -$ ) menggerakkan pahat mendekati operator (ke depan).

c. Sumbu Z

Arah Gerakan: Sumbu Z mengontrol gerakan pahat atau meja kerja secara vertikal, yaitu naik dan turun.
Fungsi: Sumbu ini adalah sumbu yang paling penting dalam menentukan kedalaman pemotongan. Sumbu Z menggerakkan pahat potong ke bawah untuk memulai proses pemotongan dan mengangkatnya ke atas saat proses selesai atau saat berpindah ke posisi lain. Pergerakan positif ( $Z +$ ) menggerakkan pahat ke atas, menjauhi benda kerja, sementara pergerakan negatif ( $Z -$ ) menggerakkan pahat ke bawah, menuju benda kerja.

Sumber Gambar ChatGPT dari : Cimco.com

2. Aturan Tangan Kanan (Right Hand Rule)

Untuk mempermudah pemahaman arah sumbu, digunakan "Aturan Tangan Kanan". Jika Anda membayangkan tangan kanan Anda:

Ibu jari menunjuk ke arah sumbu X positif.
Jari telunjuk menunjuk ke arah sumbu Y positif.
Jari tengah menunjuk ke arah sumbu Z positif.

Aturan ini adalah konvensi standar dalam industri CNC dan membantu operator serta programmer untuk selalu konsisten dalam menentukan arah gerakan mesin.

3. Titik Koordinat

Dalam sistem koordinat Kartesian pada CNC Mill, ada beberapa titik referensi penting:

Home Position (Titik Referensi Mesin): Ini adalah titik awal yang ditentukan oleh produsen mesin. Titik ini merupakan acuan utama untuk semua pergerakan mesin.
Workpiece Zero Point (Titik Nol Benda Kerja): Ini adalah titik nol yang ditentukan oleh operator pada benda kerja. Semua instruksi pemrograman (G-Code) untuk pergerakan pahat akan dihitung berdasarkan titik nol ini. Penentuan titik nol benda kerja sangat penting untuk memastikan pemotongan dilakukan pada posisi yang benar.

Sumber Gambar ChatGPT dari : Cimco.com

B. TITIK REFERENSI MESIN

Titik Referensi Mesin (Machine Home Position), juga dikenal sebagai Titik Nol Mesin (Machine Zero Point), adalah konsep fundamental pada mesin CNC Mill. Titik ini merupakan titik acuan tetap yang telah ditentukan oleh produsen mesin dan tidak dapat diubah oleh operator.

1. Definisi dan Lokasi

Machine Home Position adalah titik di mana koordinat sumbu X, Y, dan Z pada mesin bernilai nol. Secara fisik, titik ini biasanya terletak di posisi paling ekstrem dari setiap sumbu. Sebagai contoh, pada mesin milling vertikal, titik nol mesin seringkali berada di sudut kanan atas meja kerja, dengan pahat berada di posisi paling atas (sehingga jaraknya paling jauh dari benda kerja).

2. Fungsi Utama

Fungsi utama dari Titik Referensi Mesin adalah sebagai titik acuan absolut untuk seluruh sistem kontrol mesin. Titik ini sangat penting karena:

Sinkronisasi Sistem: Setiap kali mesin dinyalakan, operator harus melakukan prosedur "homing" atau "reference return". Prosedur ini akan menggerakkan setiap sumbu secara otomatis ke posisi nol mesin. Tujuannya adalah untuk menyinkronkan posisi fisik pahat dengan data koordinat yang tersimpan di dalam kontrol mesin. Tanpa homing, kontrol mesin tidak akan tahu di mana posisi pahat yang sebenarnya.
Dasar Perhitungan: Semua pergerakan mesin, baik itu untuk pemotongan maupun pergerakan cepat (rapid traverse), dihitung berdasarkan jarak dari titik nol mesin. Meskipun operator menetapkan titik nol benda kerja (Workpiece Zero Point) untuk mempermudah pemrograman, posisi titik nol benda kerja itu sendiri diukur sebagai offset dari Titik Referensi Mesin.
Keamanan Mesin: Dengan mengetahui lokasi pasti dari titik nol, mesin dapat memastikan bahwa pergerakan pahat tidak melampaui batas perjalanan (travel limits) dari setiap sumbu, sehingga mencegah terjadinya tabrakan atau kerusakan mekanis.

3. Perbedaan dengan titik Nol Benda Kerja (Workpieces Zero Point)

Penting untuk memahami perbedaan antara dua titik nol ini:

Machine Home Position: Titik yang tetap dan tidak dapat diubah. Ini adalah titik nol internal mesin.
Workpiece Zero Point: Titik yang dapat ditentukan oleh operator pada setiap benda kerja. Ini adalah titik nol yang digunakan untuk menulis program pemotongan (G-Code). Posisi titik nol benda kerja diukur sebagai jarak (offset) dari titik nol mesin.

Contoh:

Seorang operator memasang benda kerja di tengah meja mesin. Untuk mempermudah pemrograman, ia menetapkan titik nol benda kerja di sudut kiri atas benda kerja tersebut. Mesin kemudian mengukur posisi titik nol benda kerja ini relatif terhadap titik nol mesin. Misalnya, jika titik nol mesin adalah $(0, 0, 0)$ dan titik nol benda kerja adalah $(X_{200}, Y_{150}, Z_{- 50})$ , maka setiap instruksi dalam program pemotongan (G-Code) akan dihitung dari titik $(200, 150, - 50)$ tersebut.

4. Prosedur Homing

Prosedur homing biasanya melibatkan beberapa langkah:

Operator menyalakan mesin.
Operator memilih mode "Reference Return" atau "Home" pada panel kontrol.
Mesin secara otomatis menggerakkan setiap sumbu (X, Y, dan Z) ke arah yang telah ditentukan hingga saklar batas (limit switch) terpicu.
Setelah saklar batas terpicu, mesin akan bergerak sedikit kembali dan berhenti pada titik yang tepat, yang diidentifikasi oleh sensor. Titik ini adalah Titik Referensi Mesin.
Setelah homing selesai, mesin siap untuk diatur untuk pekerjaan berikutnya, yaitu menentukan Titik Nol Benda Kerja.

C. SISTEM KOORDINAT ABSOLUT (G90) DAN INKREMENTAL (G91)

Sistem koordinat pada mesin CNC Mill adalah cara mesin memahami posisi dan pergerakan pahat. Ada dua sistem koordinat utama yang digunakan dalam pemrograman, yaitu Sistem Koordinat Absolut dan Inkremental. Keduanya diaktifkan dengan G-Code khusus, yaitu G90 untuk Absolut dan G91 untuk Inkremental.

1. Sistem Koordinat Absolut (G90)

Definisi: Dalam sistem ini, semua pergerakan pahat selalu diukur dari satu titik referensi tunggal yang tetap. Titik referensi ini adalah Titik Nol Benda Kerja (Workpiece Zero Point) yang telah ditentukan oleh operator.
Cara Kerja: Setiap kali Anda memasukkan nilai koordinat (misalnya, X50 Y30), mesin akan memindahkan pahat ke posisi $X = 50$ dan $Y = 30$ dari titik nol benda kerja, tanpa peduli di mana posisi pahat sebelumnya.
Keuntungan:

Kejelasan dan Akurasi: Program menjadi lebih mudah dibaca dan dimengerti karena setiap baris kode merujuk pada titik yang sama.
Debugging Lebih Mudah: Jika ada kesalahan, Anda dapat dengan cepat melacak baris kode mana yang salah karena setiap koordinat memiliki acuan yang jelas.
Ideal untuk Pemotongan Kompleks: Sangat cocok untuk membuat fitur-fitur yang posisinya sangat spesifik dan memiliki hubungan geometris yang jelas dengan titik nol benda kerja.

Kerugian:

Bisa Repetitif: Untuk pergerakan yang berulang-ulang dengan jarak yang sama, Anda harus terus mengetikkan koordinat absolut yang berbeda di setiap baris.

Contoh G-Code Absolut (G90):

Anggap titik nol benda kerja berada di sudut kiri bawah, dan kita ingin memotong tiga lubang.
Lubang 1: $X = 10$ , $Y = 10$
Lubang 2: $X = 30$ , $Y = 10$
Lubang 3: $X = 50$ , $Y = 10$

Contoh Program

G90 ; (Mengaktifkan mode koordinat Absolut)

G00 X10 Y10 ; (Pindah cepat ke posisi lubang 1)

G01 Z-5 F100 ; (Lakukan pemotongan (mengebor)

G00 Z5 ; (Pahat naik)

G00 X30 Y10 ; (Pindah cepat ke posisi lubang 2)

G01 Z-5 F100 ; (Lakukan pemotongan)

G00 Z5 ; (Pahat naik)

G00 X50 Y10 ; (Pindah cepat ke posisi lubang 3)

G01 Z-5 F100 ; (Lakukan pemotongan)

G00 Z5 ; (Pahat naik)

2. Sistem Koordinat Inkremental (C91)

Definisi: Dalam sistem ini, setiap pergerakan pahat diukur dari posisi pahat saat ini. Titik nolnya selalu berpindah mengikuti posisi pahat terakhir.
Cara Kerja: Setiap kali Anda memasukkan nilai koordinat (misalnya, X20 Y10), mesin akan memindahkan pahat sejauh $20$ unit di sumbu X dan $10$ unit di sumbu Y dari titik di mana pahat terakhir berhenti.
Keuntungan:

Efisien untuk Gerakan Berulang: Sangat berguna untuk membuat pola yang berulang atau serangkaian lubang dengan jarak yang sama. Anda hanya perlu menulis satu baris kode untuk gerakan berulang tersebut.
Cocok untuk Sub-Program: Sering digunakan dalam sub-program (subroutines) untuk pergerakan kecil yang berulang.

Kerugian:

Mudah Salah: Jika terjadi kesalahan pada satu baris kode, kesalahan tersebut akan menumpuk pada setiap pergerakan berikutnya, membuat proses debugging menjadi lebih sulit.
Kurang Intuitif: Membaca program inkremental bisa lebih membingungkan karena Anda harus terus melacak posisi pahat terakhir secara manual.

Contoh G-Code Inkremental (G91): Menggunakan contoh yang sama, yaitu membuat tiga lubang dengan jarak yang sama.

Posisi awal (lubang 1): $X = 10$ , $Y = 10$ (Ini harus dilakukan dalam mode absolut terlebih dahulu untuk menentukan titik awal)
Jarak ke lubang 2: $X = 20$ (dari $X = 10$ ke $X = 30$ )
Jarak ke lubang 3: $X = 20$ (dari $X = 30$ ke $X = 50$ )

Contoh Program

G90 G00 X10 Y10 ; (Tentukan titik awal dengan absolut)

G91 ; (Mengaktifkan mode koordinat Inkremental)

G01 Z-5 F100 ; (Lakukan pemotongan)

G00 Z5 ; (Pahat naik)

G00 X20 ; (Pindah 20 unit di sumbu X dari posisi saat ini)

G01 Z-5 F100 ; (Lakukan pemotongan)

G00 Z5 ; (Pahat naik)

G00 X20 ; (Pindah 20 unit lagi di sumbu X dari posisi saat ini)

G01 Z-5 F100 ; (Lakukan pemotongan)

G00 Z5 ; (Pahat naik)

G90 ; (Kembali ke mode Absolut untuk pergerakan selanjutnya)

D. OFFSET TITIK NON BENDA KERJA (ORK COORDINATE SYSTEM)

1. Offset Titik Nol Benda Kerja (Work Coordiante System)

Dalam permesinan CNC, ada dua sistem koordinat utama yang perlu dipahami:

Sistem Koordinat Mesin (Machine Coordinate System): Ini adalah sistem koordinat "internal" mesin yang tidak bisa diubah. Titik nol (nol mutlak) dari sistem ini biasanya berada di suatu tempat yang tetap pada mesin, misalnya di sudut kiri belakang meja atau di posisi home. Posisi ini digunakan oleh mesin untuk referensi, seperti saat melakukan pergantian pahat atau kembali ke posisi awal (home).
Sistem Koordinat Benda Kerja (Work Coordinate System - WCS): Ini adalah sistem koordinat yang didefinisikan oleh operator untuk benda kerja (workpiece) yang akan diproses. WCS memungkinkan operator untuk mengatur titik nol (zero point) di mana saja pada benda kerja. Ini sangat penting karena program CNC ditulis berdasarkan WCS, bukan berdasarkan sistem koordinat mesin.

Offset Titik Nol Benda Kerja adalah nilai jarak perpindahan (offset) antara titik nol mesin dan titik nol benda kerja. Dengan kata lain, offset ini memberitahu mesin di mana letak titik nol benda kerja relatif terhadap titik nol mesin.

2. Fungsi Kode G54, G55, G59

Kode-G seperti G54, G55, G56, G57, G58, dan G59 digunakan untuk memilih atau mengaktifkan WCS tertentu.

G54: Digunakan untuk mengaktifkan sistem koordinat benda kerja pertama. Ini adalah kode WCS yang paling umum dan sering digunakan sebagai default.
G55: Digunakan untuk mengaktifkan sistem koordinat benda kerja kedua.
G56: Digunakan untuk mengaktifkan sistem koordinat benda kerja ketiga.

3. Pentingnya WCS

Penggunaan WCS menawarkan beberapa keuntungan signifikan, antara lain:

Kemudahan Pemrograman: Programmer dapat menulis kode G dengan titik nol (X0, Y0, Z0) yang berada di lokasi logis pada benda kerja, seperti sudut benda, pusat lingkaran, atau permukaan atas. Ini membuat program lebih mudah dibuat dan dipahami.
Fleksibilitas: Operator dapat menempatkan benda kerja di mana saja di atas meja mesin tanpa harus mengubah program G-code. Cukup dengan mengukur dan mengatur offset titik nol yang baru, program yang sama dapat dijalankan.
Efisiensi Produksi: WCS memungkinkan operator untuk memproses beberapa benda kerja dalam satu setup. Sebagai contoh, jika Anda memiliki 4 ragum (vice) yang diletakkan di atas meja mesin, Anda dapat:

Mengatur WCS G54 untuk benda kerja di ragum pertama.
Mengatur WCS G55 untuk benda kerja di ragum kedua.
Mengatur WCS G56 untuk benda kerja di ragum ketiga.
Mengatur WCS G57 untuk benda kerja di ragum keempat.

Dengan begitu, Anda bisa menjalankan satu program yang sama secara berulang dengan hanya mengganti kode G54, G55, G56, atau G57 di setiap siklus untuk memproses setiap benda kerja tanpa harus memindahkan benda kerja atau mengubah program.

4. Contoh Penggunaan

Misalnya, Anda ingin memproses dua buah benda kerja yang identik di atas meja mesin CNC.

Pengaturan Awal:

Pasang benda kerja pertama di ragum kiri.
Pasang benda kerja kedua di ragum kanan.
Arahkan pahat (spindle) ke titik nol yang diinginkan pada benda kerja pertama.
Lakukan "zeroing" pada sumbu X, Y, dan Z. Nilai-nilai koordinat mesin (Machine Coordinates) pada saat itu akan secara otomatis disimpan di dalam register G54.
Arahkan pahat (spindle) ke titik nol yang diinginkan pada benda kerja kedua.
Lakukan "zeroing" pada sumbu X, Y, dan Z. Nilai-nilai koordinat mesin pada saat itu akan secara otomatis disimpan di dalam register G55.

Program G-code:

Anda menulis satu program G-code untuk memproses satu benda kerja.
Pada awal program, Anda dapat memanggil G54 untuk memproses benda kerja pertama.
Kemudian, di bagian lain program atau setelah selesai, Anda dapat memanggil G55 untuk memproses benda kerja kedua.

Contoh sederhana struktur program:

        (Bagian untuk benda kerja 1)
        G54    ; Memilih WCS G54
        ...
        (G-code untuk memproses benda kerja 1)
        ...
        (Bagian untuk benda kerja 2)
        G55    ; Memilih WCS G55
        ...
        (G-code untuk memproses benda kerja 2)
        ...
        M30    ; Akhir program

E. PENGATURAN OFFSET GEOMETRI PERKAKAS

Tool Length Offset (Offset Panjang Perkakas)

Tool Length Offset (TLO) adalah pengaturan yang digunakan untuk mengkompensasi perbedaan panjang antara perkakas (misalnya, end mill) yang digunakan dalam satu program. Tujuannya adalah agar operator dapat menggunakan berbagai perkakas dengan panjang yang berbeda tanpa harus mengubah program G-code secara manual untuk setiap perkakas.

Cara Kerjanya:

Titik Referensi Z: Mesin CNC memiliki titik referensi nol (zero reference point) pada sumbu Z.
Pengukuran: Setiap perkakas yang akan digunakan diukur panjangnya dari titik referensi tersebut.
Penyimpanan Data: Nilai perbedaan panjang ini kemudian disimpan dalam tabel offset perkakas pada kontrol mesin, biasanya dengan kode H (misalnya, H01, H02, dst.).
Kompensasi Otomatis: Saat program dijalankan, mesin akan memanggil nilai offset yang sesuai dengan perkakas yang sedang aktif (misalnya, dengan kode G43 H01) dan secara otomatis menyesuaikan posisi sumbu Z agar ujung perkakas berada pada posisi yang benar.

Tool Diameter Offset (Offset Diameter Perkakas)

Tool Diameter Offset (TDO) adalah pengaturan yang digunakan untuk mengkompensasi diameter perkakas. Tujuannya adalah agar program G-code bisa ditulis berdasarkan geometri benda kerja yang sebenarnya tanpa harus memperhitungkan diameter perkakas. Ini memungkinkan penggunaan perkakas dengan diameter yang berbeda untuk pengerjaan yang sama tanpa mengubah program.

Cara Kerjanya:

Program Berdasarkan Geometri: Operator membuat program G-code berdasarkan bentuk akhir benda kerja.
Penyimpanan Data: Nilai jari-jari (radius) atau diameter perkakas yang digunakan disimpan dalam tabel offset perkakas, biasanya dengan kode D (misalnya, D01, D02, dst.).
Kompensasi Otomatis: Saat program berjalan, mesin akan memanggil nilai offset diameter yang sesuai (misalnya, dengan kode G41 untuk kompensasi kiri atau G42 untuk kompensasi kanan, dan D01) dan secara otomatis menghitung jalur pahat (tool path) yang diperlukan untuk menghasilkan bentuk yang diinginkan. Ini memastikan bahwa tepi perkakas yang digunakan yang akan mengikuti jalur yang ditentukan.

Pengaturan offset ini adalah kunci untuk meningkatkan efisiensi, akurasi, dan fleksibilitas pada mesin CNC, karena mengurangi waktu setup dan memungkinkan operator untuk menggunakan berbagai perkakas tanpa mengubah program pengerjaan.

Video ini menjelaskan cara mengatur work offset dan tool offset pada mesin CNC bubut, yang memiliki prinsip dasar serupa dengan mesin milling.

PENILAIAN

1. RANAH PENGETAHUAN

2. RANAH KETERAMPILAN

-= TERIMA KASIH =-