Mesin Frais

1. Pengertian Mesin Frais    

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.

Mesin frais (Milling machine) Merupakan salah satu mesin konvensional yang mampu mengerjakan suatu benda kerja dalam permukaan datar ,sisi,tegak,miring, bahkan alur rodagigi.Mesin perkakas ini mengerjakan atau menyelesaikan suatu benda kerja dengan menggunakan pisau milling(cutter) . Dengan ini Suatu mesin perkakas yang mengerjakan benda kerja menggunakan pisau atau pahat frais berputar pada poros utama mesin dan benda kerja di hantarkan ke pisau tersebut,baik dalam arah Horizontal,Melintang,maupun Vertikal.

2. Cara Kerja Mesin Frais (milling Machine)

        Pengerjaan yang terjadi di mesin frais horizontal. Benda kerja dijepit di suatu ragum mesin atau peralatan khusus atau dijepit di meja mesin frais. Pemotongan dikerjakan oleh pemakanan benda kerja di bawah suatu pisau yang berputar. Pekerjaan yang terjadi mesin frais vertikal. Pergerakkan meja dan ke atas dan ke bawah dari spindel. Mesin frais vertikal dapat menghasilkan permukaan horizontal.

       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 millingyang 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.
Adapun langkah-langkah sebelum melakukan pengefresan yaitu:

1. Mempersiapkan semua peralatan yang dibutuhkan dan benda kerja.

     2. Mengukur benda kerja dengan menggunakan kaliper dan menghaluskan   sedikit permukaannya dengan menggunakan kikir.

3. Mengatur putaran spindel yang sesuai untuk jenis benda kerja.

4. Menempatkan benda kerja yang akan difrais pada meja kerja.

     5. Mencari titik permukaan/titik nol dan kemudian melakukan pemakanan untuk masing–masing sisi. Saat pemakanan dilakukan, mata pahat dan benda kerja diberi pendingin, sehingga benda kerja tidak mengeluarkan asap ( benda kerja panas ).

6. Mengatur ketebalan pemakanan.

7. Mencatat waktu yang diperlukan untuk satu kali pemakanan.

8. Mencatat keadaan akhir benda kerja.

    

3.  Jenis – jenis mesin frais

a.  Mesin fraiz vertikal

Mesin ini adalah terutama sebuah mesin ruang perkakas yang di konstruksi untuk pekerjaan yang sangat teliti.Penampilannya mirip dengan mesin frais jenis datar.Perbedaan adalah bahwa meja kerjanya dilengkapi gerak ke empat yang memungkinkan meja untuk berputar horizontal.

Gambar(a): Mesin fraiz vertical

b.  Mesin frais Horizontal, Merupakan mesin frais yang poros utamanya sebagai pemutar dan pemegang alat  potong pada posisi mendatar

.

Gambar(b): Mesin fraiz Horizontal

c.   Mesin frais universal Ini adalah mesin produksi dari konstruksi yang kasar.Bangkunya ini adalah benda cor yang kaku dan berat serta menyangga sebuah meja kerja yang hanya memiliki gerakan longitudinal. Penyetelan vertikal di berikan dalam kepala spindel dan suatu penyetelan lintang di buat dalam pena atau ram spindel.

        Gambar(c) : Mesin frais Universal

                                    

4.  Bagian – Bagian Utama Mesin Frais ( Milling )

     a. 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

    b.  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

     c.  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 :

1.      Motor spindle utama

2.      Motor gerakan pemakanan ( feeding )

3.      Motor pendingin ( cooling )

d. Tranmisi

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

1.      Transmisi spindle utama

2.      Transmisi feeding

Berdasarkan sistem tranmisinya dibedakan menjadi 2 macam yaitu :

1.      Transmisi gear box

2.      Transmisi v – blet

e.  Knee

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

f.  Column / tiang

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

g.  Base / dasar

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

h.  Control

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

1.      Mekanik

2.      Electric

     Dibagi menjadi 2 bagian :

      1. Sederhana

       2. Komplek ( CNC )

5.  Perlengkapan Mesin Frais/milling

a. Arbor, merupakan tempat memasang pisau frais pada setiap mesin frais, arbor juga dinamakan           poros frais yaiitu perlengkapan yang berguna sebagai tempat kedudukan pisau frais dan di                  tempatkan pada sumbu mesin. Arbor ada dua macam yaitu arbor panjang yang digunakan pada            mesin frais horizontal dan arbor pendek digunakan pada mesin frais vertical. 

b. Cutter (pisau frais), berfungsi untuk menyayat benda kerja. Pisau frais memiliki banyak bentuk tergantung kebutuhan.

Macam-Macam Pisau Frais

Alat potong yang digunakan pada waktu mengefrais ialah pisau frais. Umumnya bentuk pisau frais bulat panjang dan disekililingnya bergerigi yang beralur. Pada lubangnya tedapat alur untuk kedudukan pasak agar pisau frais tidak ikut berputar. Bahan pisau frais umumnya terbuat dari HSS atau Karbida.

Yaitu:
Cutter Mantel

Cutter jenis ini dipakai untuk mesin frais horizontal.

Cutter Alur Cutter

Digunakan untuk membuat alur-alur pada batang atau permukaan benda lainnya.

Cutter Modul

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

Cutter Radius Cekung

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

Cutter Radius Cembung

Cutter ini dipakai untuk membuat benda kerja yang bentuknya memiliki radius luar (cembung)

Cutter Alur T

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

Cutter Ekor Burung

Cutter ini dipakai untuk membuat alur ekor burung. Cutter ini sudut kemiringannya terletak pada sudut-sudut istimewa yaitu : 30º, 45º, 60º

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.

                

 Tabel Kecepatan Potong Untuk Beberapa Jenis Bahan

         

c. Kepala pembagi, untuk membuat roda-roda gigi segi banyak beraturan dan alur-alur poros digunakan kepala pembagi. Fungsi kepala pembagi disini adalah untuk membuat pembagian agar pembagian sudut benda kerja yang berbidang-bidang bisa sama besar. Kebanyakan roda gigi cacing yang terdapat pada kepala pembagi bergigi 40 dan pada poros cacing berulir tunggal sehingga untuk memutar satu putaran benda kerja, engkol diputar sebanyak 40 kali. Oleh karena itu di dalam kepala pembagi terdapat perbandingan 40 : 1 artinya 40 putaran poros engkol sama dengan satu putaran (360^o) benda kerja.

            Berikut gambar plat pembagi yang terdapat di kepala pembagi :

d. Kepala Lepas, Untuk menfrais alur pasak, roda gigi, lurus, alur helix atau segi banyak beraturan, benda kerjanya dipegang antara dua senter. Salah satu diantaranya pada kepala lepas. Kepala lepas berfungsi untuk menahan salah satu ujung benda kerja untuk meminimalkan lendutan dari benda kerja sewaktu disayat.

e. Meja Putar, untuk mesin frais tegak atau vertical digunakan meja putar sebagai kepala pembaginya. Dalam alat ini digunakan alur T untuk menambatkan atau menjepit benda kerja atau perkakas lain dengan bantuan baut penjepiit. Meja putar keliling dapat dikokohkan di atas meja penambat mesin frais dengan bantuan baut penjepit.

f. Penjepit digunakan untuk menjepit benda kerja karena ukuran dan bentuk benda kerja berbeda-beda maka disediakan juga berbagai macam penjepit, antara lain 

    Macam-macam penjepit

Gambar 2. Macam - macam penjepit

Keterangan gambar:

1. klem lurus dengan lubang baut

2. klem lurus dengan baut penyetel

3. klem kaki yang dichamfer

4. klem kaki untuk benda kerja yang bertingkat

5. klem dengan jari lurus

6. klem dengan jari lengkung

7. klem bentuk U

8. baut tee panjang

9. klem pegas

10. benda kerja yang dijepit

11. meja mesin frais

12. blok penjepit

13. blok dengan lubang baut

14. baut penekan

15. blok penjepit

16. mur penekan

17. cincin

18. klem dengan ketinggian yang dapat disetel

19. tumpuan klem dengan lubang penyetel

20. pen/engsel

21. pen-penyetel

Gambar 3. Penjepitan langsung pada meja frais dengan klem

4.    Ragum (vises)

Ragum merupakan peralatan cekam yang paling sering digunakan pada proses pengefraisan. Ragum dapat digunakan untuk mencekam benda kerja berbentuk kotak, bulat, maupun menyudut yang dapat digunakan untuk mengefrais alur pasak, alur, permukaan datar, sudut, gigi rack, dan alur T (T slot). Terdapat tiga tipe ragum yang biasa digunakan di mesin frais. Ketiga ragum tersebut adalah:

a.    Ragum lurus:

Ragum lurus dikencangkan pada meja mesin frais dengan memanfaatkan alur T yang terdapat pada meja mesin frais. Ragum ini dapat dikencangkan secara cepat dengan menggunakan kunci .

b.    Ragum sudut.

Ragum ini sama dengan ragum lurus hanya ditambahkan pengatur sudut yang terdapat di bawahnya, sehingga ragum dapat diputar hingga 360⁰ pada arah horizontal.

c.    Ragum universal

Ragum ini selain dilengkapi dengan pengatur sudut horizontal juga dilengkapi dengan pengatur sudut vertikal. Dengan kelengkapan ini ragum dapat diputar hingga 360⁰ pada arah horizontal dan 90⁰ pada arah vertikal.

Gambar 4. Macam- macam Ragum

        Peralatan yang digunakan pada saat mengoperasikan mesin frais

         a. Milling machine (mesin frais)

         b. Jangka sorong / kaliper

         c. Pahat alas

         d. Kuas
         e. Coolant (pendingin)
         f. Palu plastic

         g. Stopwatch
         h. Mistar siku

         i. Kikir
         j. Kunci tanggem

6. Perhitungan Dalam Mesin Frais

   Untuk membuat roda gigi dari bahan pinion. Dimana dari awal diameter lingkaran awal 70 mm, lalu dibuat roda gigi dengan jumlah alur sebanyak 15 buah, dengan modul sebesar 4.5, diameter tusuk sebesar 9 mm dan  karakteristik kepala pembagi sebesar 40.

D =70 mm                          menjadi :

Langkah Kerja:

Mengitung T terlebih dahulu setelah diketahui diatas dengan cara:

Diket : D_L = 70 mm,  Z  = 15,  M = 4.5,  T = 9 mm,  N = 40

Ditanya : n = …………?

Jawab:

                         

                   H= 2,16 x M  = 2. 16 x 4,5 = 9,7 = 9 mm

Dari hitungan diatas didapatkan kedalaman 9 mm dan banyaknya kita memutar plat pembagi sebanyak 2 putaran engkol dan 10 lubang pada plat pembagi yang memiliki 15 lubang.

1.       Metode Proses Frais

Metode proses frais  ditentukan berdasarkan arah relatif gerak makan meja mesin frais terhadap  putaran pahat. Metode proses frais ada dua yaitu frais naik dan frais turun.

1.      Frais naik (Up Milling )

Frais naik biasanya disebut frais konvensional (conven-tional milling). Gerak dari putaran pahat berlawanan arah terhadap gerak makan meja mesin frais. Sebagai contoh, pada proses frais naik apabila pahat 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 pahat sama dengan arah gerak makan meja mesin frais. Sebagai contoh jika pahat berputar berlawanan arah jarum jam, benda kerja disayat kekanan. 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 pahat.