Mesin Frais

Mesin Frais/Milling

A.    Pengertian Mesin Frais

Mesin frais adalah mesin tools yang digunakan secara akurat untuk menghasilkan satu atau lebih pengerjaan permukaan benda dengan menggunakan satu atau lebih alat potong. Benda kerja dipegang dengan aman pada meja benda kerja dari mesin atau dalam sebuah alat pemegang khusus yang dijepit atau dipasang pada meja mesin. Selanjutnya benda kerja dikontakkan dengan pemotong yang bergerak maju mundur. Mesin frais merupakan mesin potong yang dapat digunakan untuk berbagai macam operasi seperti pengoperasian benda datar dan permukaan yang memiliki bentuk yang tidak beraturan, roda gigi dan kepala baut, boring, reaming. Kemampuan untuk melakukan berbagai macam pekerjaan membuat mesin frais merupakan salah satu mesin yang sangat penting dalam bengkel kerja. (Stefford, 1986)

B.     Bagian-bagian Utama Mesin Frais

1. Spindle Utama

Merupakan bagian yang terpenting dari mesin milling. Tempat untuk mencekam alat potong. Di bagi menjadi 3 jenis :

a. Vertical spindle

b. Horizontal spindle

c. Universal spindle

2. Meja / Table

Merupakan bagian mesin milling, tempat untuk clamping device atau benda kerja. Di bagi menjadi 3 jenis :

a. Fixed table

b. Swivel table

c. Compound table

3. Motor/ Drive

Merupakan bagian mesin yang berfungsi menggerakkan bagian – bagian mesin yang lain seperti spindle utama, meja ( feeding ) dan pendingin ( cooling ). Pada mesin milling sedikitnya terdapat 3 buah motor :

a. Motor spindle utama

b. Motor gerakan pemakanan ( feeding )

c. Motor pendingin ( cooling )

4. Tranmisi

Merupakan bagian mesin yang menghubungkan motor penggerak dengan yang digerakkan. Berdasarkan bagian yang digerakkan dibedakan menjadi 2 macam yaitu :

a. Transmisi spindle utama

b. Transmisi feeding

Berdasarkan sistem tranmisinya dibedakan menjadi 2 macam yaitu :

a. Transmisi gear box

b. Transmisi v – blet

5. Knee

Merupakan bagian mesin untuk menopang / menahan meja mesin. Pada bagian ini terdapat transmisi gerakan pemakanan ( feeding ).

6. Column / tiang

Merupakan badan dari mesin. Tempat menempelnya bagian – bagian mesin yang lain.

7. Base / dasar

Merupakan bagian bawah dari mesin milling. Bagian yang menopang badan / tiang. Tempat cairan pendingin.

8. Control

Merupakan pengatur dari bagian – bagian mesin yang bergerak. Ada 2 sistem kontrol yaitu :

a. Mekanik

b. Electric

C.    Prinsip Kerja Mesin Frais

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 suatu 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

D.    Jenis-Jenis Mesin Frais

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:

1.       Berdasarkan Posisi Spindle Utama

a.       Mesin Milling Horizontal

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

b.      Mesin Milling 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.

c.       Mesin Milling 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

2. Berdasarkan Fungsi Penggunaan

a.       . Plano Milling

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

b.       Surface Milling

Untuk produksi massal, kepala spindel dan cutter dinaikturunkan.

c.       Tread Milling

Untuk pembuatan ulir.

d.       Gear Milling

Untuk pembuatan roda gigi.

e.       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.

f.         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.

g.       Mesin milling gravier

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

h.       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.

E.     Jenis Cutter pada Mesin frais

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

Keu ntungan 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.

b)  Cutter alur

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

c)  Cutter modul

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

d) Cutter radius cekung

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

e) Cutter radius cembung

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

f) Cutter alur T.

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

 

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

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.

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

F.     Metode Pengefraisan

Metode proses frais ditentukan berdasarkan arah relatif gerak makan meja Mesin Frais terhadap putaran pisau. Metode proses frais ada dua yaitu frais naik dan frais turun.

1.      Frais Naik (Up Milling )

Frais naik biasanya disebut frais konvensional (conventional milling). Gerak dari putaran pisau berlawanan arah terhadap gerak makan meja Mesin Frais. Sebagai contoh, pada proses frais naik apabila pisau berputar searah jarum jam, benda kerja disayat ke arah kanan. Penampang melintang bentuk beram (chips) untuk proses frais naik adalah seperti koma diawali dengan ketebalan minimal kemudian menebal. Proses frais ini sesuai untuk Mesin Frais konvensional/manual, karena pada mesin konvensional backlash ulir transportirnya relatif besar dan tidak dilengkapi backlash compensation.

2.  Frais Turun (Down Milling)

Proses frais turun dinamakan juga climb milling. Arah dari putaran pisau sama dengan arah gerak makan meja Mesin Frais. Sebagai contoh  jika pisau berputar berlawanan arah jarum jam, benda kerja disayat ke kanan. Penampang melintang bentuk beram (chips) untuk proses frais naik adalah seperti koma diawali dengan ketebalan maksimal kemudian menipis. Proses frais ini sesuai untuk Mesin Frais CNC, karena pada mesin CNC gerakan meja dipandu oleh ulir dari bola baja, dan dilengkapi backlash compensation. Untuk Mesin Frais konvensional tidak direkomendasikan melaksanakan proses frais turun, karena meja Mesin Frais akan tertekan dan ditarik oleh pisau. Proses pemesinan dengan Mesin Frais merupakan proses penyayatan benda kerja yang sangat efektif, karena pisau frais memiliki sisi potong jamak. Apabila dibandingkan dengan pisau bubut, maka pisau frais analog dengan beberapa buah pisau bubut. Pisau frais dapat melakukan penyayatan berbagai bentuk benda kerja, sesuai dengan pisau yang digunakan. Proses meratakan bidang, membuat alur lebar sampai dengan membentuk alur tipis bisa dilakukan oleh pisau frais.

G.    Parameter yang diperhatikan dalam 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. 

      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˚

      Ragum universal

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

2. Dividing Head

a. Pengertian Dasar Dividing Head

Seorang mekaniker kerap kali harus membagi keliling benda kerja untuk suatu jenis pengerjaan, misalnya :

Perlengkapan yang paling sesuai untuk keperluan tersebut adalah kepala pembagi (Dividing head). Perlengkapan ini merupakan perlengkapan khusus pada mesin Milling / Frais.

b. Pembagian Langsung

Pembagian yang digunakan untuk pembuatan segi banyak yang dapat dibagi dengan jumlah lubang pada piring pembagi tetap.

Pada spindle dimana alat pencekam benda kerja terpasang (chuck, collet) terdapat sebuah piring pembagi yang memiliki jumlah lubang tertentu (misal : 24).
Contoh :
Pembuatan kepala baut segi enam, maka dilakukan 6 kali pemotongan.

1. Pemotongan 1 :
   Agar benda kerja tidak bergerak, maka spindle dikunci dengan memasukkan pin pengunci ke dalam salah satu lubang pada piring pembagi 24 lubang, misalnya pada lubang bernomor 7.
2. Benda kerja diputar dengan memutar engkol pemutar (setelah pin pengunci dibebaskan) ke kanan atau ke kiri, sampai pin pengunci dapat dimasukkan lagi ke dalam lubang bernomor 11 atau 3
3. Demikian seterusnya sampai pemotongan yang ke-enam

c. Pembagian Tidak Langsung

Pembagian ini dipakai apabila segi yang akan dibuat tidak dapat dikerjakan dengan menggunakan pembagian langsung, tetapi jumlah segi yang dapat dikerjakan masih terbatas pada jumlah lubang pada piring pembagi (yang dapat ditukar-tukar).

Misal pembuatan segi : 9, 27, 58, 165, 312 dsb.

Didalam housing kepala pembagi ada transmisi poros roda cacing dengan ratio i = 40 : 1. Poros cacing terhubung dengan engkol pemutar, sedangkan roda cacing terhubung dengan benda kerja, sehingga benda kerja berputar 1 kali, bila engkol diputar 40 kali.

Piring pembagi yang terdapat pada mesin frais ACIERA :

Piring 1 Jumlah Lubang : 27 31 34 41 43

2 Jumlah Lubang : 33 38 39 42 46

3 Jumlah Lubang : 29 36 37 40

Rumus utama untuk pembagian tidak langsung adalah :

nk = 40/z

nk = Putaran engkol

Z = Jumlah segi yang dikerjakan

Contoh : membuat segi 8 dan segi 17

1. Untuk segi 8 :
   nk = 40/8 = 5
   Maka untuk pembuatan segi 8, engkol diputar 5 x
2. Untuk segi 17 :

nk=40/17=2 6/17
Harus sesuai dengan jumlah lubang pada piringan yang tersedia

nk=2  6/17x 2/2=2  12/34

Lubang 34 terdapat pada piring pembagi yang tersedia

Karena angka 17 tidak terdapat pada jumlah lubang piringan, maka pecahan harus kita kalikan sampai ditemukan angka yang sesuai dengan lubang pada piringan, sehingga menjadi :

Sehingga untuk pembuatan segi 17, engkol diputar 2x, ditambah 12 lubang pada piringan 34

d. Pembagian Differential

Bilamana segi yang akan kita buat tidak dapat dikerjakan dengan menggunakan pembagian langsung maupun tidak langsung, maka diperlukan pembagian differential untuk proses tersebut.

Prinsip pembagian differential adalah pada saat engkol diputar maka piringan pembagi juga akan ikut di putar dengan proses sebagai berikut :

1. Bila engkol diputar maka poros cacing, roda cacing serta benda kerja akan ikut berputar, demikian pula dengan rangkaian roda gigi ganti A-B-C-D, karena roda gigi A satu poros dengan roda gigi cacing dan benda kerja.
2. Sedangkan roda gigi D yang berputar karena pergerakan dari roda gigi A, akan menggerakkan helical gear dan otomatis akan memutar piringan pembagi, karena satu poros.

Ingat bahwa antara poros cacing dengan helical gear tidak berhubungan langsung, sehingga pergerakan dari helical gear terjadi karena terdapat pasangan roda gigi ganti (R).

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.

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.

5.      Adaptor

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

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.

H.    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	Plastic	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,

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)