Proses Kerja Mesin Frais

1.    Memilih Alat Bantu yang Digunakan

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

a.      Ragum

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 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˚

Ragum putar

·         Ragum universal

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

Ragum universal

b.      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.

Kepala pembagi

c.       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.

Kepala lepas

d.      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.

Meja putar

e.       Adaptor

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

Adaptor

f.       Arbor

Arbor beserta cincin biasanya dipasang dengan dudukan penyangga, dimana cutter pada mesin frais horizontal dipasang pada arbor yang posisinya diatur dengan pemasangan cincin.

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.

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

Table. Kecepatan potong bahan teknik

b.      Menentukan 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.

c.       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 :

1)      Cutter mantel

Cutter jenis ini dipakai untuk mesin frais horizontal.

Cutter Mantel

2)      Cutter Alur

Cutter jenis ini digunakan untuk membuat alur-alur pada batang atau permukaan benda lainnya

Cutter Alur

3)      Cutter Modul

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

Cutter Modul

4)      Cutter Radius Cekung

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

Cutter Radius Cekung

5)      Cutter Radius Cembung

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

Cutter Radius Cembung

6)      Cutter Alur T

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

Cutter Alur T

7)      Cutter Ekor Burung

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

Cutter Ekor Burung

8)      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.

Cutter End Mill

9)      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

d.      Perhitungan pada Mesin Frais

1)      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 :

Keterangan:

n     = Putaran sumbu utama (RPM)

Vc   = Kecepatan potong (m/menit)

D    = Diameter Cutter (mm)

2)      Kepala Pembagi (dividing head)

Kebanyakan roda cacing yang terdapat pada kepala pembagi bergigi 40 dan poros cacing berulir tunggal. Misalnya poros cacing diputar sekali, maka benda kerja (roda 17 cacing) berputar 1/40 kali. Untuk satu putaran roda cacing, kita harus memutar poros cacing sebanyak 40 putaran. Untuk pengefraisan suatu benda, banyaknya putaran engkol pembagi untuk satu bagian sama dengan banyaknya putaran engkol pembagi untuk satu putaran penuh benda kerja dibagi dengan jumlah bagian yang akan dibuat.

Penampang Kepala Pembagi

Supaya engkol pembagi dapat berputar dengan benar, maka dipasang suatu keping pembagi dengan lubang-lubang yang jaraknya sama di lingkaran yang mempunyai satu titik pusatnya. Umumnya mesin frais memiliki keping pembagi yang berlubang :

Keping I     : 15 - 16 - 17 - 18 - 19 - 20

Keping II   : 21 - 23 - 27 - 29 - 31 - 33

Keping III  : 37 - 39 - 41 - 43 - 47 - 49

Untuk membuat segi banyak beraturan atau membuat roda gigi, dapat menggunakan ramus sebagai berikut:

Keterangan:

n = putaran poros cacing

N = karakteristik kepala pembagi

Z = jumlah alur atau gigi yang akan dibuat

Contoh:

Suatu benda kerja haras dibagi menjadi 8 bagian dengan jarak sama.

Jawab:

Jadi, untuk membagi menjadi 8 bagian yang sama, maka diperlukan 5 putaran setiap mengerjakan suatu bidang.

3)      Mengefrais Roda Gigi Biasa

Untuk mengefrais roda gigi, roda dijepit pada sumbu yang sebelumnya telah dibubut dan telah dijepit pada sumbu kecil dengan tidak melepaskannya sebelum difrais. Untuk mengefrais gigi-gigi, sumbu kecil dengan roda itu dipasang di antara senter-senter kepala pembagi dan kepala lepas. Pada sumbu utama dipasang roda gigi ulir (roda cacing / worm wheel) yang biasanya mempunyai 40 gigi dan terdiri dari dua bagian. Roda cacing digerakkan oleh sumbu batang berulir (cacing) yang dipasangi tangkai untuk memutarkan cacing tersebut, di depan tangkai dipasang pelat pembagi (index plate) dengan roda gigi payung. Roda gigi payung digerakkan oleh as pembantu dengan roda gigi yang sama. Pelat pembagi dapat ikut berputar atau berhenti oleh suatu pal (index crank). Saat sumbu cacing berputar satu putaran, index crank berputar satu putaran juga. Index crank berputar di sepanjang index plate yang diam.

4)      Mengefrais Alur Spiral

Untuk mengefrais alur spiral pada poros silinder, benda kerja diikatkan di antara dua senter kepala pembagi dan kepala lepas. Meja mesin harus diputar beberapa derajat dari nol skala meja tergantung pada miringnya sudut alur spiral yang hendak difrais. Bila sudut β penyiku alur spiral, maka sudut β = sudut β1, sehingga tg β = tg β1. maka :

Mesin Frais Vertikal

Bagian-bagian utama pada mesin frais vertical, antara lain:

Keterangan Gambar :

A  =  Spindle Mesin : sebagai tempat berputar dan dicekamnya alat potong.

B  =  Arbor : sebagai penjepit cutter.

C  =  Pisau Frais (cutter) : sebagai alat penyayat benda kerja.

D  =  Ragum : sebagai tempat untuk menjepit benda kerja.

E  =   Meja Mesin : sebagai tempat kedudukan ragum.

F  =   Lampu : sebagai alat penerangan saat proses berlangsung

G  =  Selang cairan coolant : sebagai tempat mengalirnya air pendingin dari penampungan ke alat potong

H  =  Tuas Drill : tuas yang digunakan untuk menaikkan dan menurunkan spindel ketika proses drilling.

Keterangan Gambar:

I   = Tuas Pengatur RPM : sebagai pengatur kecepatan berputarnya alat potong (RPM)

J   = Eretan Melintang Sumbu Y : sebagai penggerak pahat maju-mundur ).

K = Eretan Memanjang Sumbu X : sebagai penggerak meja mesin arah horizontal ( kanan-kiri )

L  = Eretan Tinggi Sumbu Z : untuk menggerakkan meja pada arah naik-turun.

M = Bak Penampung Collant : untuk menampung cairan pendingin yang telah selesai digunakan

Keterangan Gambar:

O₁ =  Tombol ON Spindel : untuk menghidupkan putaran spindel

O  =   Tombol OFF Spindel : untuk mematikan putaran spindle

P₁ =   Tombol ON Collant : untuk menghidupkan cairan 

P₂ =   Tombol OFF Collant : untuk mematikan cairan pendingin

Q₁ =  Tombol ON Fedding : untuk menghidupkan fedding otomatis

Q₂ =  Tombol OFF Fedding : untuk mematikan fedding otomatis

R   =  Tombol Emergency : untuk mematikan mesin secara mendadak ketika terjadi kesalahan

T   =   Lampu Indikator : untuk mengetahui hidup atau matinya dari tombol operasional

Tombol ON/OFF Mesin: untuk menyalakan dan mematikan mesin 

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

A. BERDASARKAN POSISI SPINDLE UTAMA

1. Mesin Frais Horizontal

Mesin frais horisontal

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

2. Mesin Frais Vertikal

Mesin frais vertikal

Kebalikan dengan mesin frais horizontal, pada mesin frais ini pemasangan spindel-nya pada kepala mesin adalah vertical. Pada mesin frais 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 Frais Universal

Mesin frais universal

Mesin frais 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.     BERDASARKAN FUNGSI PENGGUNAAN

1. Plano Frais

Plano frais

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

2. Copy Frais

Copy frais

Mesin copy frais ini sangat cocok digunakan untuk pembuatan benda kerja yang mempunyai bentuk tidak beraturan dan rumit. Maka dibuatlah 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. Sistem 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.

3. Mesin frais hobbing

Mesin frais hobbing

Mesin frais ini adalah jenis mesin frais 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.

4. Mesin Frais Gravier

Mesin frais gravier

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

5. Mesin Frais CNC

Mesin frais CNC

      Merupakan mesin yang digunakan untuk mengerjakan benda kerja dengan bentukan-bentukan yang lebih komplek. Merupakan pengganti dari mesin frais 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.