PROSES FRAIS / MILLING

MESIN MILLING

Pengerjaan logam dalam dunia manufacturing ada beberapa macam, mulai dari pengerjaan panas, pengerjaan dingin hingga pengerjaan logam secara mekanis.

Pengerjaan mekanis logam biasanya digunakan untuk pengerjaan lanjutan maupun pengerjaan finishing, sehingga dalam pengerjaan mekanis dikenal beberapa prinsip pengerjaan, salah satunya adalah pengerjaan perataan permukaan dengan menggunakan mesin Frais atau biasa juga disebut mesin Milling.

Mesin milling adalah mesin yang paling mampu melakukan banyak tugas bila dibandingkan dengan mesin perkakas yang lain. Hal ini disebabkan karena selain mampu memesin permukaan datar maupun berlekuk dengan penyelesaian dan ketelitian istimewa, juga berguna untuk menghaluskan atau meratakan benda kerja sesuai dengan dimensi yang dikehendaki.

Mesin milling dapat menghasilkan permukaan bidang rata yang cukup halus, tetapi proses ini membutuhkan pelumas berupa oli yang berguna untuk pendingin mata milling agar tidak cepat aus.

Proses milling adalah proses yang menghasilkan chips (beram). Milling menghasilkan permukaan yang datar atau berbentuk profil pada ukuran yang ditentukan dan kehalusan atau kualitas permukaan yang ditentukan.

Proses kerja pada pengerjaan dengan mesin milling dimulai dengan mencekam benda kerja , kemudian dilanjutkan dengan pemotongan dengan alat potong yang disebut cutter, dan akhirnya benda kerja akan berubah ukuran maupun bentuknya.

A.     Prinsip kerja mesin milling

Tenaga untuk pemotongan berasal dari energi listrik yang diubah menjadi gerak utama oleh sebuah motor listrik, selanjutnya gerakan utama tersebut akan diteruskan melalui suatu transmisi untuk menghasilkan gerakan putar pada spindel mesin milling.

Spindel mesin milling adalah bagian dari sistem utama mesin milling yang bertugas untuk memegang dan memutar cutter hingga menghasilkan putaran atau gerakan pemotongan.

Gerakan pemotongan pada cutter jika dikenakan pada benda kerja yang telah dicekam maka akan terjadi gesekan/tabrakan sehingga akan menghasilkan pemotongan pada bagian benda kerja, hal ini dapat terjadi karena material penyusun cutter mempunyai kekerasan diatas kekerasan benda kerja.

B.     Jenis-jenis mesin milling

Penggolongan mesin milling menurut jenisnya penamaannya disesuaikan dengan posisi spindel utamanya dan fungsi pembuatan produknya, ada beberapa jenis mesin milling dalam dunia manufacturing antara lain:

B.1 berdasarkan posisi spindle utama

1.      Mesin Milling Horizontal

Gambar1. Mesin frais horisontal

Mesin milling jenis ini mempunyai pemasangan spindel dengan arah horizontal dan digunakan untuk melakukan pemotongan benda kerja dengan arah mendatar.

2.      Mesin Milling Vertikal

Gambar 2. Mesin frais vertikal

Kebalikan dengan mesin milling horizontal, pada mesin milling ini pemasangan spindel-nya pada kepala mesin adalah vertikal, pada mesin milling jenis ini ada beberapa macam menurut tipe kepalanya, ada tipe kepala tetap, tipe kepala yang dapat dimiringkan dan type kepala bergerak. Kombinasi dari dua type kepala ini dapat digunakan untuk membuat variasi pengerjaan pengefraisan dengan sudut tertentu.

3.      Mesin Milling Universal

Gambar 3. Mesin frais universal

Mesin milling ini mempunyai fungsi bermacam-macam sesuai dengan prinsipnya, seperti :

a. Frais muka

b. Frais spiral

c. Frais datar

d. Pemotongan roda gigi

e. Pengeboran

f. Reaming

g. Boring

h. Pembuatan celah

B.2 berdasarkan fungsi penggunaan

1. Plano Milling

Gambar 4. Plano milling

Merupakan mesin yang digunakan untuk memotong permukkan ( face cutting ) dengan benda kerja yang besar dan berat.

2.      Surface Milling

Untuk produksi massal, kepala spindel dan cutter dinaikturunkan.

3.      Tread Milling

Untuk pembuatan ulir.

4.      Gear Milling

Untuk pembuatan roda gigi.

5.      Copy Milling

Gambar 5. Copy milling

Untuk pembuatan benda kerja yang mempunyai bentuk tidak beraturan. Merupakan mesin milling yang digunakan untuk mengerjakan bentukan yang rumit. Maka dibuat master / mal yang dipakai sebagai referensi untuk membuat bentukan yang sama.
Mesin ini dilengkapi 2 head mesin yang fungsinya sebagai berikut :

a. Head yang pertama berfungsi untuk mengikuti bentukan masternya.

b. Head yang kedua berfungsi memotong benda kerja sesuai bentukan masternya.

Antara head yang pertama dan kedua dihubungkan dengan menggunakan sistem hidrolik. Sitem referensi pada waktu proses pengerjaan adalah sebagai berikut :

a. Sistem menuju satu arah, yaitu tekanan guide pada head pertama ke arah master adalah 1 arah.

b. Sistem menuju 1 titik, yaitu tekanan guide tertuju pada satu titik dari master.

6.      Mesin milling hobbing

Ganbar 6. Mesin milling hobbing

Merupakan mesin milling yang digunakan untuk membuat roda gigi / gear dan sejenisnya ( sprocket dll ). Alat potong yang digunakan juga spesifik, yaitu membentuk profil roda gigi ( Evolvente ) dengan ukuran yang presisi.

7.         Mesin milling gravier

Gambar 7. Mesin milling gravier

Merupakan mesin yang digunakan untuk membuat gambar atau tulisan dengan ukuran yang dapat diatur sesuai keinginan dengan skala tertentu

8.      mesin milling CNC

Gambar 8. Mesin milling CNC

Merupakan mesin yang digunakan untuk mengerjakan benda kerja dengan bentukan – bentukan yang lebih komplek. Meruapakan penggangi mesin milling copy dan gravier. Semua control menggunakan sistem electronic yang komplek ( rumit ). Dibutuhkan operator yang ahli dalam menjalankan mesin ini. Harga mesin CNC ini sangat mahal.

C.     Gerakan dalam mesin milling

Pekerjaan dengan mesin milling harus selalu mempunyai 3 gerakan kerja.

1. Gerakan Pemotongan

Sisi potong cutter yang dibuat berbentuk bulat dan berputar dengan pusat sumbu utama.

2. Gerakan Pemakanan

Benda kerja digerakkan sepanjang ukuran yang akan dipotong dan digerakkan mendatar searah gerakan yang dipunyai oleh alas.

3. Gerakan Penyetelan

Gerakan untuk mengatur posisi pemakanan, kedalaman pemakanan, dan pengembalian, untuk memungkinkan benda kerja masuk ke dalam sisi potong cutter, gerakan ini dapat juga disebut gerakan pengikatan

D.     Pengerjaan pada mesin milling

1.  Pengefraisan Sisi, adalah pengefraisan dimana pisau sejajar dengan permukaan benda kerja. 
2. Pegefraisan Muka, adalah pengefraisan dimana sumbu pisau tegak lurus dengan permukaan benda kerja.

E.     Metode pengefraisan

a. Climb Mill

Gambar 9. Climb milling

Merupakan cara pengefraisan dimana putaran cutter searah dengan gerakan benda kerja. Gaya potong menarik benda kerja ke dalam cutter sehingga faktor kerusakan pahat akan lebih besar. Hanya mesin yang mempunyai alat pengukur keregangan diperbolehkan memakai metode pemotongan ini.

b. Conventional Milling

Gambar 10. Conventional milling

Merupakan pengefraisan dimana putaran cutter berlawanan arah dengan gerakan benda kerja, pemotongan ini dimulai dengan beram yang tipis dan metode ini digunakan untuk semua jenis mesin frais.

F.     Parameter-Parameter Yang Di Perhatikan Dalam Pekerjaan Pengefraisan

1)     Memilih alat Bantu yang digunakan.

Pada mesin frais banyak sekali terdapat peralatan Bantu yang digunakan untuk membuat benda kerja. Antara lain :

a)     Mesin Vertical

1.       Ragum (catok)

Benda kerja yang akan dikerjakan dengan mesin frais harus dijepit dengan kuat agar posisinya tidak berubah waktu difrais. Berdasarkan gerakannya ragum dibagi menjadi 3 jenis yaitu :

    Ragum biasa

Ragum ini digunakan untuk menjepit benda kerja yang bentuknya sederhana dan biasanya hanya digunakan untuk mengefrais bidang datar saja. 

Gambar 11. Ragum biasa

    Ragum berputar

Ragum ini digunakan untuk menjepit benda kerja yang harus membentuk sudut terhadap spindle. Bentuk ragum ini sama dengan ragum biasa tetapi pada bagaian bawahnya terdapat alas yang dapat diputar 360˚

 Gambar 12. Ragum putar

    Ragum universal

Ragum ini mempunyai dua sumbu perputaran, sehingga dapat diatur letaknya secara datar dan tegak.

Gambar 13. Ragum universal

2.      Kepala pembagi (dividing head)

Kepala pembagi (dividing head) adalah peralatan mesin frais yang digunakan untuk membentuk segisegi yang beraturan pada poros yang panjang. Pada peralatan ini biasanya dilengkapi dengan plat pembagi yang berfungsi untuk membantu pembagian yang tidak dapat dilakukan dengan pembagian langsung.

Gambar 14. Kepala pembagi

3.      Kepala lepas

Alat ini digunakan untuk menyangga benda kerja yang dikerjakan dengan dividing head. Sehingga waktu disayat benda kerja tidak terangkat atau tertekan ke bawah.

Gambar 15. Kepala lepas

4.      Rotary table.

Rotary table digunakan untuk membagi segi-segi beraturan misalnya kepala baut. Disamping itu juga dapat digunakan untuk membagi jarak-jarak lubang yang berpusat pada satu titik misalnya membagi lubang baut pengikat pada flendes.

Gambar 16. Meja putar

5.      Adaptor
Bagian ini adalah tempat dudukan (pengikatan) cutter sebelum dimasukkan ke sarung tirus pada sumbu utama.

Gambar 17. adaptor 

b)     Mesin horizontal

1.      Kepala pembagi

Pada mesin frais horizontal. Kepala pembagi dapat digunakan untuk membuat benda kerja segi-segi beraturan, roda gigi, ulir cacing.

2.      Kepala lepas

Kepala lepas digunakan untuk menyokong benda kerja yang panjang dan diproses dengan dividing head. Hal ini dimaksudkan agar benda kerja tidak tidak tertarik atau tertekan waktu disayat (difrais).

3.      Ragum
Ragum pada mesin frais horizontal dan vertical bentuk dan fungsinya sama catok (ragum) yang digunakan untuk mencekam benda kerja yang akan disayat datar.
(untuk lebih jelasnya mengenai macam-macam ragum.

4.      Arbor beserta cincin dan dudukan penyangga
Cutter pada mesin frais horizontal dipasang pada arbor yang posisinya diatur dengan pemasangan cincin.

Gambar 18. Arbor

2)     Menentukan parameter-parameter pemotongan.

Parameter-parameter yang mempengaruhi pemotongan antara lain:

a)     Bahan yang disayat.

Dengan mengetahui bahan yang akan disayat maka kita akan dapat menentukan kecepatan potong. Kecepatan potong dari suatu bahan tidak dapat dihitung secara matematis melainkan hanya dapat diketahui dengan melihat pada tabel dari buku referensi bahan tersebut. Berikut ini adalah table kecepatan potong beberapa material.

Table 1 Kecepatan potong bahan teknik

no	Bahan	Benda kerja Vc (m/menit)
1	Kuningan, Perunggu keras	30 – 45
2	Besi tuang	14 – 21
3	Baja >70	10 – 14
4	Baja 50-70	14 – 21
5	Baja 34-50	20 – 30
6	Tembaga, Perunggu lunak	40 – 70
7	Allumunium murni	300 – 500
8	plastik	40 - 60

b)     Bahan cutter

Bahan cutter sangat berpengaruh terhadap kemampuan cutter dalam menyayat benda kerja. Cutter mesin frais dibuat dari berbagai jenis bahan antara lain :

1.      Unalloyed tool steel

Adalah baja perkakas bukan paduan dengan kadar karbon 0,5 – 1,5% kekerasannya akan hilang jika suhu kerja mencapai 2500 C, oleh karena itu material ini tidak cocok untuk kecepatan potong tinggi.

2.      Alloy tool steel

Adalah baja perkakas paduan yang mengandung karbon kromium, vanadium dan molybdenum. Baja ini terdiri dari baja paduan tinggi dan paduan rendah. HSS (High Speed Steel) adalah baja paduan tinggi yang tahan terhadap keausan sampai suhu 6000C.

3.      Cemented Carbide

Susunan bahan ini terdiri dari tungsten atau molybdenum, cobalt serta carbon. Cemented Carbide biasanya dibuat dalam bentuk tip yang pemasangannya dibaut pada holdernya (pemegang cutter). Pada suhu 9000C bahan ini masih mampu memotong dengan baik, cemented carbide sangat cocok untuk proses pengefraisan dengan kecepatan tinggi. Dengan demikian waktu pemotongan dapat dipersingkat dan putaran yang tinggi dapat menghasilkan kualitas permukaan yang halus.

4.      Mata potong pisau frais (geometri pisau).

Salah satu faktor yang menentukan baik buruknya kualitas hasil pengerjaan proses frais adalah pengerindaan permukaan atau bidang-bidang utama dari cutter frais. Untuk pekerjaan-pekerjaan khusus, cutter yang digunakan juga harus dipersiapkan secara khusus pula. Permukaan cutter yang harus diperhatikan pada waktu menggerinda adalah sudut tatal, sudut bebas sisi, sudut bebas depan, sudut bebas mata potong, dan sudut bebas belakang.

5.      Putaran sumbu utama.

Untuk mengetahui kecepatan putar spindle utama, maka kita harus mengetahui kecepatan potong dari benda yang akan disayat. Untuk ngetahui kecepatan putar spindle utama, dapat dihitung secara matematis dengan rumus :

n = Vc . 1000/3,14.d (putaran/menit)

keterangan :

n = Putaran sumbu utama (RPM)

Vc = kecepatan potong (m/menit)

D = Diameter Cutter (mm)

= konstanta (3,14) ?

3)     Menentukan cutter.

Cutter pada mesin milling mempunyai bentuk silindris, berputar pada sumbunya dan dilengkapi dengan gigi melingkar yang seragam.

Keuntungan cutter dibanding dengan pahat bubut dan pahat ketam adalah setiap sisi potong dari pisau frais mengenai benda kerja hanya dalam waktu yang pendek pada proses pemotongan selama 1 putaran pisau frais dan pendinginannya pada waktu sisi potong mengenai benda kerja, maka hasilnya cutter frais akan lebih tahan lama.

Cutter biasanya terbuat dari HSS maupun Carbide Tripped. Gigi cutter ada yang lurus maupun ada yang mempunyai sudut, untuk yang bersudut (helix angle) dapat mengarah ke kanan dan ke kiri.

Cutter mesin frais baik horisontal maupun vertical banyak sekali jenisnya antara lain :

a)     Cutter mantel

 Cutter jenis ini dipakai untuk mesin frais horizontal.

Gambar 19. Cutter mantel

b)     Cutter alur

 digunakan untuk membuat alur-alur pada batang atau permukaan benda lainnya

Gambar 20 cutterr alur

c)      Cutter modul

Cutter ini dalam satu set terdapat 8 buah. Cutter ini dipakai untuk membuat roda-roda gigi.

Gambar 21. Cutter modul

d)     Cutter radius cekung

Cutter ini dipakai untuk membuat benda kerja yang bentuknya memiliki radius dalam (cekung)

Gambar 22. Cutter radius cekung

e)     Cutter radius cembung

Cutter ini dipakai untuk membuat benda kerja yang bentuknya memiliki radius dalam (cekung)

Gambar 23. Cutter radius cembung

f)        Cutter alur T.

Alat ini hanya digunakan untuk untuk membuat alur berbentuk “T” seperti halnya pada meja mesin frais.

Gambar 24. Cutter alur T

g)     Cutter ekor burung

Cutter ini dipakai untuk membuat alur ekor burung. Cutter ini sudut kemiringannya terletak pada sudut-sudut istimewa yaitu : 300, 450 ,600

Gambar 25. Cutter ekor burung

h)     Cutter endmill

Ukuran cutter ini sangat bervariasi mulai ukuran kecil sampai ukuran besar. Cutter ini biasanya dipakai untuk membuat alur pasak dan ini hanya dapat dipasang pada mesin frais vertical.

                                                        

Gambar 26. Cutter end mill

i)        Cutter heavy duty endmill

Cutter ini mempunyai satu ciri khas yang berbeda dengan cutter yang lain. Pada sisinya berbentuk alur helik yang dapat digunakan untuk menyayat benda kerja dari sisi potong cutter, Sehingga cutter ini mampu melakukan penyayatan yang cukup besar

4)     Pemasangan alat Bantu.

a) Ragum

1.      Berikut ini adalah langkah-langkah dalam memasang ragum. Antara lain :
Periksalah ragum dalam kondisi baik dan bersih.

2.      Usahakan pemasangan ragum berada ditengahtengah benda kerja, hal ini bertujuan untuk mendapatkan keleluasaan kerja.

3.      Luruskan lubang baut pengikat agar bertepatan dengan alur meja mesin.

4.      Kerasi baut-baut pengikat. Sebelum baut-baut terikat dengan kuat, pastikan bahwa bibir ragum benar-benar tegak lurus atau sejajar dengan pergerakan meja. Untuk mengecek kesejajaran ragum tersebut dapat dilakukan dengan menggunakan dial indikator dengan langkah-langkah sebagai berikut :

a.       Ikatlah ragum dengan salah satu baut pengunci dan ingat pengikatanya jangan terlalu keras (sebelum kedudukan baut benar-benar tegak lurus, jangan kerasi baut-baut pengikatnya.

b.      Pasang pararel pada ragum, kemudian pasang blok bagnet pada badan mesin.

c.      Kenakan sisi penggerak jarum pada sisi pararel.

d.      Gerakan meja mesin sejalan dengan sisi pararel yang dipasang pada ragum.

e.      Pukulah ragum dengan palu lunak sedikit demi sedikit apabila jarum pada dial indikator bergerak. gerakkan meja mesin berulang kali dan bila dari ujung ke ujung jarum sudah tidak bergerak,baru baut-baut pengikat ragum dikerasi semua, tapi ingat dalam mengerasi ragum jangan sampai merubah posisi dari ragum tersebut.

b) Dividing head

Pemasangan dividing head harus sejajar dengan meja mesin karena kalau tidak benda kerja yang dihasilkan akan miring. Oleh karena itu pada waktu memasang jarak tepi dividing head harus sama bila diukur dari tepi meja. Untuk lebih tepatnya dalam mancari kesejajaran dividing head terhadap merja mesin dapat digunakan prosedur pengukuran seperti dibawah ini :

1. Pastikan mandrill dan lubang spindle dalam keadaan bersih kemudian masukkan mandril dan dalam lubang spindle. 
2. Lepaskan hubungan gigi spindle dengan sumbu cacing.
3. Stell jam penunjuk diatas meja mesin, sambil spindle diputar dan teliti jam penunjuknya. Jika jarum bergerak beranti belum sentris
4. Geser jam penunjuk mendekati spindle dan perhatikan angka yang ditunjukkan oleh jarumnya, kemudian jam penunjuk digeser lagi ke arah mandrel sambil diputar spindlenya
5. Kerjakan langkah ini secara berulang-ulang samapai angka jam menunjukkan angka yang tetap untuk keduan ujungnya. setelah jam penunjuk tidak bergerak sama sekali waktu digeser maka setting kedataran telah selesaia dan kerasi semua baut-baut pengikatanya.

Contoh soal:

1.      Jika kita akan membuat roda gigi dengan jumlah gigi 31, berapakah putaran engkol pembagi pada dividing head?

2.      Sebutkan peralatan-peralatan yang digunakan pada waktu membuat roda gigi?

Jawaban

1. Rumus : Nc = i / z

Nc = 40/31 = 1 9/31

jadi putaran engkolnya adalah :

satu putaran tambah 9 lubang pada sector 31

2. Peralatan yang digunakan antara lain :

a)     Dividing head dan perlengkapanya

b)      Kepala lepas

c)      Arbor, cincin dan dudukan penyangga.

d)     Cutter modul

e)     Kunci inggris dan kunci pass 19.

f)        Dial indicator.

g)     Jangka sorong dll.