MEMBUAT TOOLPATH LATHE

TUJUAN PEMBELAJARAN

BAHAN AJAR

A. PENGENALAN TIPE TOOLPATH LATHE

Toolpath dalam proses pemesinan bubut (lathe) adalah jalur atau lintasan yang dilewati oleh alat potong (cutting tool) untuk membentuk benda kerja. Setiap jenis toolpath dirancang untuk tujuan tertentu, mulai dari menghilangkan material dalam jumlah besar hingga menciptakan detail yang sangat presisi. Memahami berbagai jenis toolpath sangat penting untuk menghasilkan produk yang akurat dan efisien.

Berikut adalah penjelasan mengenai jenis-jenis toolpath lathe yang umum:

1. Face (Pemesinan Muka)

Face adalah operasi bubut pertama yang sering dilakukan. Tujuannya adalah untuk membuat permukaan ujung benda kerja menjadi rata dan tegak lurus terhadap sumbu putaran. Proses ini menghilangkan material dari bagian depan benda kerja, memastikan permukaannya halus dan siap untuk operasi selanjutnya.

Tujuan utama: Meratakan dan membersihkan permukaan ujung.
Cara kerja: Alat potong bergerak melintang dari diameter luar menuju pusat benda kerja, sedikit demi sedikit menghilangkan material.

2. Rough (Pemesinan Kasar)

Roughing atau pemesinan kasar adalah operasi awal untuk menghilangkan sebagian besar material dari benda kerja dengan cepat. Operasi ini menggunakan kedalaman pemotongan (depth of cut) yang besar dan kecepatan tinggi untuk mengurangi waktu pemesinan. Meskipun permukaannya masih kasar, tujuannya adalah mendekatkan bentuk benda kerja ke dimensi akhir.

Tujuan utama: Menghilangkan material dalam jumlah besar secepat mungkin.
Cara kerja: Alat potong bergerak di sepanjang sumbu benda kerja, menghilangkan lapisan material secara bertahap hingga mendekati bentuk akhir.

3. Finish (Pemesinan Halus)

Finishing atau pemesinan halus adalah operasi terakhir setelah roughing. Tujuannya adalah untuk mencapai dimensi akhir yang sangat akurat dan menghasilkan permukaan yang sangat halus. Operasi ini menggunakan kedalaman pemotongan yang sangat kecil dan kecepatan yang lebih lambat dibandingkan roughing.

Tujuan utama: Mencapai dimensi akhir yang presisi dan kualitas permukaan yang halus.
Cara kerja: Alat potong bergerak dengan sangat hati-hati, menghilangkan material dalam jumlah minimal untuk menyempurnakan bentuk dan ukuran.

4. Groove (Pemesinan Alur)

Groove adalah operasi untuk membuat alur atau ceruk pada permukaan benda kerja. Alur ini bisa berupa alur internal atau eksternal dengan berbagai bentuk. Toolpath ini sangat umum digunakan untuk membuat alur V-belt, alur untuk ring pengunci, atau alur lainnya.

Tujuan utama: Membuat alur pada permukaan benda kerja.
Cara kerja: Alat potong khusus (grooving tool) bergerak tegak lurus terhadap sumbu putaran dan masuk ke dalam benda kerja pada kedalaman yang diinginkan.

5. Thread (Pemesinan Ulir)

Thread adalah operasi untuk membuat ulir (sekrup) pada permukaan benda kerja, baik di bagian luar (ulir eksternal) maupun di bagian dalam (ulir internal). Operasi ini memerlukan kontrol yang sangat presisi terhadap kecepatan putar (spindle speed) dan pergerakan alat potong.

Tujuan utama: Membuat ulir untuk sekrup atau mur.
Cara kerja: Alat potong ulir bergerak secara teratur di sepanjang sumbu benda kerja, membuat bentuk heliks dengan pitch (jarak antar ulir) yang telah ditentukan.

6. Drill (Pengeboran)

Drill adalah operasi untuk membuat lubang pada bagian tengah benda kerja. Operasi ini biasanya dilakukan dengan memasang mata bor (drill bit) pada tailstock atau turret mesin bubut.

Tujuan utama: Membuat lubang di pusat benda kerja.
Cara kerja: Mata bor didorong lurus ke depan dan masuk ke dalam benda kerja yang berputar untuk membuat lubang.

7. Cutoff (Pemesinan Potong)

Cutoff atau parting adalah operasi untuk memotong benda kerja menjadi dua bagian atau lebih. Ini adalah salah satu operasi terakhir dalam proses bubut, di mana bagian yang sudah selesai dipotong dari sisa material.

Tujuan utama: Memisahkan benda kerja dari material asalnya.
Cara kerja: Alat potong khusus (cutoff tool) bergerak tegak lurus ke benda kerja hingga mencapai pusat, memotong material hingga terpisah.

Setiap toolpath ini memiliki peran yang berbeda, dan seringkali beberapa di antaranya digunakan secara berurutan dalam satu proses manufaktur untuk menghasilkan sebuah komponen yang lengkap.

B. PEMILIHAN TOO DAN PENGATURAN PARAMETER POTONG

Pemilihan Tool (Alat Potong) adalah langkah krusial dalam Mastercam yang akan sangat memengaruhi hasil akhir pemesinan. Saat memilih tool, ada beberapa faktor yang harus dipertimbangkan:

Jenis Material Benda Kerja: Pastikan material tool lebih keras dari material benda kerja yang akan diproses.
Jenis Operasi: Setiap operasi (misalnya, facing, drilling, milling) membutuhkan jenis tool yang berbeda. Misalnya, untuk facing Anda akan menggunakan face mill, sementara untuk milling Anda akan menggunakan end mill.
Ukuran Tool: Ukuran tool harus sesuai dengan detail yang ingin dihasilkan.
Tipe Holder: Holder yang dipilih harus mampu memegang tool dengan kuat agar tidak terjadi getaran saat pemotongan.

Mastercam menyediakan library tool yang luas. Pengguna dapat memilih tool dari library, atau membuat tool baru dan menyimpannya.

Pengaturan Parameter Potong

Pengaturan Parameter Potong adalah tahap di mana Anda menentukan bagaimana tool akan berinteraksi dengan benda kerja. Ada tiga parameter utama yang harus diatur dalam Mastercam:

1. Feed Rate (Kecepatan Pemakanan)

Feed Rate adalah kecepatan pergerakan alat potong saat melakukan pemotongan. Ini adalah salah satu faktor terpenting yang memengaruhi kualitas permukaan, keausan tool, dan waktu pemesinan.

Faktor yang Memengaruhi:
- Material Benda Kerja: Material yang lebih lunak seperti aluminium membutuhkan Feed Rate yang lebih tinggi, sementara material yang lebih keras seperti baja tahan karat membutuhkan Feed Rate yang lebih rendah.
- Jenis Tool: Tool dengan jumlah mata potong (flute) yang lebih banyak dapat memiliki Feed Rate yang lebih tinggi.
- Kekakuan Mesin: Mesin yang lebih kokoh dapat menangani Feed Rate yang lebih tinggi.

2. Spindle Speed (Kecepatan Spindel)

Spindle Speed adalah kecepatan putaran spindel (sumbu utama) mesin dalam satuan RPM (Rotation Per Minute). Kecepatan ini akan menentukan kecepatan permukaan potong tool.

Faktor yang Memengaruhi:
- Material Benda Kerja: Material yang lunak membutuhkan Spindle Speed yang tinggi.
- Diameter Tool: Tool dengan diameter lebih kecil dapat berputar lebih cepat, sementara tool dengan diameter lebih besar harus berputar lebih lambat agar kecepatan potong tidak berlebihan.
- Jenis Operasi: Finishing sering kali menggunakan Spindle Speed yang lebih tinggi untuk mendapatkan permukaan yang halus.

3. Depth of Cut (Kedalaman Potong)

Depth of Cut adalah kedalaman material yang dihilangkan oleh alat potong dalam satu lintasan. Ini adalah salah satu faktor utama yang memengaruhi beban pada tool dan waktu pemesinan.

Faktor yang Memengaruhi:
- Jenis Operasi: Pada roughing (pemotongan kasar), Depth of Cut akan lebih besar untuk menghilangkan material dengan cepat. Sementara pada finishing (pemotongan halus), Depth of Cut akan sangat kecil untuk mencapai akurasi dan kualitas permukaan yang baik.
- Material Benda Kerja: Material yang keras membutuhkan Depth of Cut yang lebih kecil.
- Stabilitas Mesin: Mesin yang tidak stabil tidak dapat menangani Depth of Cut yang terlalu besar.

C. STOCK DAN CHUCK JAWS

1. Definisi Stock (Blank Geometry)

Stock atau Blank Geometry adalah representasi virtual dari material mentah (benda kerja) sebelum proses pemesinan dimulai. Dalam Mastercam, mendefinisikan stock adalah langkah awal dan sangat penting. Tujuannya adalah untuk memberi tahu Mastercam berapa banyak material yang perlu dihilangkan dari benda kerja untuk menghasilkan bentuk akhir yang diinginkan.

Fungsi Utama:
- Perhitungan Toolpath: Mastercam menggunakan definisi stock untuk menghitung jalur alat potong yang akan menghilangkan material secara efisien.
- Simulasi dan Verifikasi: Dengan stock yang terdefinisi, pengguna dapat menjalankan simulasi pemesinan untuk melihat bagaimana benda kerja akan terbentuk secara visual. Ini membantu mengidentifikasi potensi tabrakan antara alat potong, holder, atau chuck dengan benda kerja.
- Optimasi Proses: Dengan mengetahui dimensi stock, Mastercam dapat mengoptimalkan operasi seperti roughing (pemotongan kasar) dan finishing (pemotongan halus) untuk menghemat waktu dan meminimalkan keausan alat.
Cara Pengaturan:
- Dalam Mastercam, Anda biasanya akan menemukan pengaturan "Stock Setup" di dalam menu "Toolpaths Manager".
- Anda dapat mendefinisikan stock sebagai silinder, kotak, atau bahkan dari geometri yang sudah ada (misalnya, garis-garis yang Anda gambar).
- Anda perlu menentukan dimensi seperti diameter, panjang, dan posisi stock relatif terhadap titik nol (WCS - Work Coordinate System) mesin.

2. Chuck Jaws

Chuck Jaws adalah representasi virtual dari rahang pencekam yang digunakan untuk memegang benda kerja pada mesin bubut. Dalam Mastercam, mendefinisikan chuck jaws penting untuk memastikan bahwa proses pemesinan aman dan tidak ada tabrakan yang terjadi.

Fungsi Utama:
- Pencekaman Benda Kerja: Chuck jaws memastikan benda kerja terpasang dengan kuat dan tidak bergeser selama pemesinan.
- Pencegahan Tabrakan: Mastercam menggunakan definisi chuck jaws untuk memastikan bahwa alat potong tidak bertabrakan dengan rahang pencekam saat memotong benda kerja. Ini adalah fungsi keselamatan yang vital.
- Simulasi: Seperti stock, chuck jaws juga ditampilkan dalam simulasi untuk memberikan gambaran yang lebih realistis tentang seluruh proses pemesinan.
Cara Pengaturan:
- Pengaturan chuck jaws biasanya dapat ditemukan di dalam "Stock Setup" atau menu "Machine Group Properties" yang relevan.
- Anda dapat menentukan jenis chuck (misalnya, 3-jaw atau 4-jaw chuck) dan mengatur dimensi rahang, seperti diameter dan panjang cengkeraman (grip length).
- Ada juga opsi untuk mengatur posisi chuck jaws relatif terhadap benda kerja. Anda dapat menentukan seberapa jauh rahang mencengkeram material.

1. Approach (Pendekatan)

Approach adalah pergerakan alat potong dari posisi aman (safe position) menuju titik awal pemotongan. Tujuannya adalah untuk mendekati benda kerja tanpa menyentuhnya hingga siap untuk memulai proses pemesinan.

Fungsi Utama:
- Keamanan: Mencegah alat potong menabrak benda kerja saat bergerak menuju titik awal pemotongan.
- Efisiensi: Mengoptimalkan jalur pergerakan alat potong, mengurangi waktu non-cutting (waktu di mana alat tidak memotong material).
Jenis Pergerakan Approach:
- Rapid: Pergerakan alat potong dengan kecepatan tercepat yang diizinkan oleh mesin (G00). Biasanya digunakan untuk pergerakan di udara, jauh dari benda kerja.
- Feed: Pergerakan dengan kecepatan yang ditentukan oleh feed rate (G01). Digunakan saat alat potong berada sangat dekat dengan benda kerja, sebelum memulai pemotongan yang sebenarnya.

Dalam pengaturan Approach, Anda biasanya akan menentukan jarak aman (clearance distance) dan juga jenis pergerakan yang akan digunakan, misalnya:

Alat potong akan bergerak cepat (rapid) ke jarak aman tertentu di atas benda kerja.
Kemudian, alat potong akan bergerak perlahan dengan feed rate ke titik awal pemotongan.

2. Retract (Penarikan Mundur)

Retract adalah pergerakan alat potong dari titik akhir pemotongan kembali ke posisi aman. Ini adalah kebalikan dari Approach dan sama pentingnya untuk memastikan keamanan.

Fungsi Utama:
- Keamanan: Mencegah alat potong menggores atau merusak permukaan benda kerja yang sudah selesai diproses saat ditarik mundur.
- Efisiensi: Memastikan alat potong ditarik kembali dengan cepat ke posisi aman untuk mempersiapkan pergerakan selanjutnya.
Jenis Pergerakan Retract:
- Rapid: Pergerakan dengan kecepatan tercepat (G00) untuk menjauhi benda kerja setelah pemotongan selesai. Ini adalah jenis pergerakan yang paling umum digunakan untuk retract.
- Feed: Kadang-kadang digunakan dalam kondisi khusus, misalnya saat alat potong perlu ditarik mundur secara terkontrol dari alur yang sempit.

Contoh Sederhana dalam Operasi Bubut

Misalnya, Anda sedang melakukan operasi facing (meratakan muka) pada mesin bubut:

Approach: Alat potong akan bergerak cepat (rapid) dari posisi awal mesin ke titik aman di depan benda kerja.
Alat potong kemudian bergerak dengan feed rate menuju permukaan luar benda kerja, sedikit di depan titik potong.
Alat potong mulai memotong (cutting), bergerak ke dalam hingga mencapai pusat benda kerja.
Retract: Setelah selesai memotong, alat potong akan ditarik mundur secara cepat (rapid) kembali ke posisi aman, menjauh dari benda kerja.

Contoh Aplikasi Toolpath untuk Berbagai Operasi Bubut pada Mastercam

Dalam Mastercam, pembuatan toolpath adalah inti dari proses pemrograman CNC bubut. Setiap toolpath mewakili satu operasi pemotongan yang spesifik. Berikut adalah contoh aplikasi toolpath untuk beberapa operasi bubut yang umum:

1. Face Toolpath (Pemesinan Muka)

Aplikasi: Meratakan permukaan ujung dari sebuah batang besi silinder.

Langkah-langkah di Mastercam:
1. Pilih Lathe > Face.
2. Pilih tool (alat potong) yang sesuai, misalnya Facing Tool dengan ujung tajam.
3. Tentukan parameter potong:
  - Feed Rate: Kecepatan pemotongan melintang, misalnya 0.15 mm/putaran.
  - Spindle Speed: Kecepatan putaran spindel, misalnya 1200 RPM.
  - Retract/Approach: Tentukan jarak aman agar alat tidak menabrak material saat mendekat dan menjauh.
4. Mastercam akan menghasilkan toolpath di mana alat potong bergerak dari diameter luar menuju pusat, menghilangkan lapisan material secara merata.

2. Rough Toolpath (Pemesinan Kasar)

Aplikasi: Mengurangi diameter dari sebuah batang baja menjadi lebih kecil, mendekati ukuran akhir.

Langkah-langkah di Mastercam:
1. Pilih Lathe > Rough.
2. Pilih tool yang kokoh dan tahan banting, misalnya Roughing Tool dengan ujung tumpul.
3. Tentukan geometri (garis atau profil) yang menjadi batas akhir pemotongan kasar.
4. Tentukan parameter potong:
  - Depth of Cut: Kedalaman potong yang besar, misalnya 2 mm per lintasan.
  - Stock to Leave: Biarkan sedikit sisa material (misalnya 0.5 mm) untuk operasi finishing selanjutnya.
5. Mastercam akan membuat serangkaian lintasan yang berturut-turut, menghilangkan material dalam jumlah besar dari benda kerja hingga mencapai profil yang ditentukan.

3. Finish Toolpath (Pemesinan Halus)

Aplikasi: Menghaluskan permukaan dan mencapai dimensi akhir yang presisi setelah operasi roughing.

Langkah-langkah di Mastercam:
1. Pilih Lathe > Finish.
2. Pilih tool yang presisi, misalnya Finishing Tool dengan ujung yang sangat tajam.
3. Pilih geometri yang sama dengan operasi roughing, tetapi kali ini toolpath akan mengikuti profil tersebut dengan sangat akurat.
4. Tentukan parameter potong:
  - Depth of Cut: Kedalaman potong yang sangat kecil, misalnya 0.2 mm.
  - Feed Rate: Kecepatan pemotongan yang lebih lambat untuk menghasilkan permukaan halus, misalnya 0.05 mm/putaran.
5. Mastercam akan menghasilkan satu atau dua lintasan yang sangat halus di sepanjang profil, menghilangkan sisa material dan menciptakan permukaan akhir yang mulus.

4. Groove Toolpath (Pemesinan Alur)

Aplikasi: Membuat alur melingkar pada bagian luar sebuah poros untuk pemasangan cincin O-ring.

Langkah-langkah di Mastercam:
1. Pilih Lathe > Groove.
2. Pilih tool Grooving Tool dengan lebar yang sesuai dengan alur yang diinginkan.
3. Tentukan geometri dari alur, misalnya dua garis vertikal yang mewakili lebar alur.
4. Atur parameter:
  - Plunge Type: Cara tool masuk ke dalam material (misalnya, lurus atau dengan oscillation).
  - Retract/Approach: Atur pergerakan tool saat masuk dan keluar dari alur.
5. Mastercam akan membuat toolpath di mana alat potong masuk ke dalam material pada posisi yang ditentukan, membentuk alur dengan lebar dan kedalaman yang presisi.

5. Thread Toolpath (Pemesinan Ulir)

Aplikasi: Membuat ulir (sekrup) pada sebuah batang agar bisa dipasangi mur.

Langkah-langkah di Mastercam:
1. Pilih Lathe > Thread.
2. Pilih tool Threading Tool yang sesuai dengan profil ulir (misalnya, ulir metrik atau UNC).
3. Tentukan geometri (diameter dan panjang) dari ulir.
4. Atur parameter:
  - Pitch: Jarak antar ulir, misalnya 1.5 mm.
  - Depth: Kedalaman ulir total.
  - Number of Cuts: Berapa kali lintasan yang dibutuhkan untuk membuat ulir hingga kedalaman penuh.
5. Mastercam akan menghasilkan toolpath spiral yang mengikuti profil heliks ulir, secara bertahap memotong material hingga kedalaman yang diinginkan.