OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING ...
Transcript of OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING ...
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i
OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING
TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40
DENGAN METODE TAGUCHI
SKRIPSI
Oleh :
FAJAR RAHMADI
X 2508506
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2010
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC MILLING
TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40
DENGAN METODE TAGUCHI
Oleh :
FAJAR RAHMADI
X 2508506
Skripsi
Ditulis dan diajukan untuk memenuhi syarat
mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan
Program Studi Pendidikan Teknik Mesin
Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2010
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
PERSETUJUAN
Skripsi ini telah disetujui untuk dipertahankan di hadapan Tim Penguji
Skripsi Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
Persetujuan Pembimbing
Pembimbing I
Drs. Suhardi.HW, M.T
NIP.19460604 197501 1 001
Pembimbing II
Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng.
NIP. 19790124 200212 1 002
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
SURAT PERNYATAAN
Dengan ini penulis menyatakan bahwa dalam penulisan skripsi ini tidak
terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu
perguruan tinggi dan menurut sepengetahuan penulis juga tidak terdapat karya
atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali secara
tertulis mengacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Surakarta, Juli 2010
Penulis,
FAJAR RAHMADI
X 2508506
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
PENGESAHAN
Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan Tim Penguji Skripsi Fakultas
Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Sebelas Maret Surakarta dan diterima
untuk memenuhi persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.
Pada hari :
Tanggal : Juli 2010
Tim Penguji Skripsi :
Nama Terang Tanda Tangan
Ketua : Dr. Muhammad Akhyar, M.Pd. .....................
Sekretaris : Nyenyep Sriwardani, S.T., M.T. .....................
Anggota I : Drs. Suhardi, M.T. .....................
Anggota II : Danar Susilo Wijayanto, S.T., M.Eng. .....................
Disahkan oleh
Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dekan,
Prof. Dr. M. Furqon Hidayatullah, M. Pd
NIP. 19600727 198702 1 001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
ABSTRAK
Fajar Rahmadi. OPTIMASI PARAMETER PROSES PEMESINAN CNC
MILLING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN BAJA ST 40
DENGAN METODE TAGUCHI. Skripsi, Surakarta: Fakultas Keguruan dan
Ilmu Pendidikan. Universitas Sebelas Maret Surakarta, Juni 2010.
Tujuan penelitian ini adalah untuk : (1) Mengetahui pengaruh kecepatan
spindle, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses pemesinan
CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (2) Mengetahui pengaruh
kecepatan pemakanan, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam hasil proses
pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (3) Mengetahui
pengaruh kedalaman pemakanan, terhadap tingkat kekasaran permukaan logam
hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40. (4)
Mengetahui pengaruh cairan pendingin, terhadap tingkat kekasaran permukaan
logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST
40. (5) Mengetahui parameter mana yang menghasilkan nilai kekasaran optimal
pada proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40,
dengan menggunakan metode taguchi.
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium CNC Program Studi Pendidikan
Teknik Mesin JPTK FKIP UNS dengan menggunakan mesin CNC Milling type
ZK 7040 dengan control SIEMENS SINUMERIK 802S. Laboratorium Bahan
Teknik Program Diploma Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gadjah
Mada Yogyakarta sebagai tempat pengujian tingkat kekasaran permukaan.
Metode optimasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode Taguchi.
ANAVA TAGUCHI (Analisis Varian Taguchi) digunakan untuk mengetahui
karakteristik performansi dari parameter pemesinan. Analisis data dalam
penelitian dibantu menggunakan software Qualitek. Populasi yang dipakai adalah
baja ST 40. Sampel diambil dengan teknik “kuota random sampling”.
Hasil penelitian ini adalah: (1) Kondisi optimal parameter pemesinan
yang berpengaruh terhadap kekasaran permukaan adalah pada kecepatan putaran
spindel 2500 rpm, kecepatan pemakanan sebesar 0,12 mm/rev, kedalaman
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
pemakanan 1 mm, dan kondisi pemotongan dengan menggunakan fluida
pemotongan jenis minyak. (2) Kecepatan putaran spindel (spindle speed) memiliki
pengaruh paling besar dengan rasio S/N sebesar 36,883% dan kedalaman
pemotongan (depth of cut) memiliki kontribusi paling kecil yaitu dengan rasio
S/N sebesar 9,448%. (3) Hasil kekasaran yang optimal adalah 0,72 ± 0,23 µm.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
MOTTO
Dan, Dia telah mengajarkan kepadamu apa yang belum kamu ketahui.
Dan adalah karunia Allah itu sangat besar. (QS. An-Nisa : 113)
Rabb-mu tiada meninggalkan kamu dan tiada (pula) benci kepadamu. Dan
sesungguhnya akhir itu lebih baik bagimu daripada permulaan.
(QS.Ad-Dhuha : 3-4)
Laki-laki yang tidak dilalaikan oleh perniagaan dan tidak (pula) oleh jual
beli dari mengingati Allah,…..( QS. An-Nur :37)
Hai manusia, sesungguhnya hanya janji Allah adalah benar, maka sekali-
kali janganlah kehidupan dunia memperdayakan kamu dan sekali-kali
janganlah syaiton yang pandai menipu, memperdayakan kamu tentang
Allah. (QS. Fathir :2)
(Ingatlah) ketika kamu memohon pertolongan kepada Rabb-mu, lalu
diperkenankannya bagimu. (QS. Al-Anfal :9)
Baik belum tentu benar, benar belum tentu baik. Baik dalam hal yang
benar, itu akan lebih baik dan benar. (M. Wicaksana)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
PERSEMBAHAN
Karya ini kupersembahkan kepada:
Allah SWT, yang selalu melimpahkan kemudahan dan kelancaran
Ibu dan Bapak tersayang
Istriku tercinta
Anakku tersayang
Teman- teman PTM 2008
Almamaterku tercinta
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas
rahmatNya, skripsi ini akhirnya dapat diselesaikan, untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Pendidikan.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini menghadapi
hambatan dan kesulitan. Namun dengan bantuan berbagai pihak, hambatan dan
kesulitan tersebut dapat teratasi. Oleh karena itu penulis menyampaikan terima
kasih kepada pihak-pihak yang dengan sepenuh hati memberi bantuan, dorongan,
motivasi, bimbingan, dan pengarahan, sehingga penyusunan skripsi ini dapat
terselesaikan.
Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada :
1. Dekan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan UNS beserta seluruh stafnya.
2. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik dan Kejuruan FKIP UNS.
3. Ketua Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS.
4. Bapak Bambang Prawiro, MM selaku Pembimbing Akademik.
5. Bapak Drs. Suhardi, MT selaku Koordinator Skripsi bidang teknik (produksi)
dan Pembimbing I.
6. Bapak Danar Susilo Wijayanto ST., M.Eng. selaku Pembimbing II.
7. Bapak Herman Saputro S.Pd., M.T. atas semua ilmu dan bimbingannya.
8. Segenap dosen Program Studi Pendidikan Teknik Mesin JPTK FKIP UNS.
9. Kepada seluruh pihak yang telah membantu, yang tidak dapat penulis
sebutkan satu per satu. Terima kasih atas dukungan dan kerjasamanya.
Menyadari bahwa terbatasnya ilmu pengetahuan yang dimiliki
menyebabkan kurang sempurnanya penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu,
diharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca demi
kesempurnaan skripsi ini. Harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat.
Surakarta, Juli 2010
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i
HALAMAN PENGAJUAN ............................................................................. ii
HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... iii
HALAMAN SURAT PERNYATAAN ........................................................... iv
HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... v
HALAMAN ABSTRAK .................................................................................. vi
HALAMAN MOTTO ...................................................................................... viii
HALAMAN PERSEMBAHAN ...................................................................... ix
KATA PENGANTAR ..................................................................................... x
DAFTAR ISI .................................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiv
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... xv
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xvi
NOMENKLATUR ........................................................................................... xvii
BAB I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah ........................................................... 1
B. Identifikasi Masalah ................................................................. 2
C. Batasan Masalah ....................................................................... 2
D. Perumusan Masalah .................................................................. 3
E. Tujuan Penelitian ...................................................................... 4
F. Manfaat Penelitian .................................................................... 4
BAB II. LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka ..................................................................... 6
1. Mesin CNC Milling ............................................................ 6
2. Proses Pemesinan ............................................................... 6
3. Fluida Pemotongan (Cutting Fluids) .................................. 12
4. Metrologi Konfigurasi Permukaan ..................................... 14
5. Metode Taguchi .................................................................. 18
B. Penelitian yang Relevan ........................................................... 25
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
C. Kerangka Pemikiran ................................................................. 26
D. Hipotesis ................................................................................... 27
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian .................................................. 28
B. Metode Penelitian ..................................................................... 28
C. Populasi dan Sampel................................................................. 39
D. Teknik Pengumpulan Data ....................................................... 40
1. Identifikasi Variabel ........................................................... 40
2. Instrumen Penelitian ........................................................... 41
E. Teknik Analisis Data ................................................................ 46
F. Diagram Alir Penelitian ............................................................ 47
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Eksperimen...................................................................... 48
B. Hasil Pengolahan Data ............................................................. 51
1. Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi)
Kekasaran Permukaan ........................................................ 52
2. Prediksi Nilai Kekasaran Permukaan ................................. 53
3. Interval Kepercayaan Kekasaran Permukaan Rata-rata ..... 54
4. Analisis Signal to Noise Ratio (Rasio S/N) ........................ 54
5. Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi)
Rasio S/N Kekasaran Permukaan ....................................... 56
6. Prediksi Rasio S/N Kekasaran Permukaan ......................... 57
7. Interval Kepercayaan Rasio S/N Kekasaran
Permukaan .......................................................................... 57
C. Interpretasi Hasil Eksperimen .................................................. 58
1. Kecepatan Spindel (Spindle Speed) .................................... 58
2. Kecepatan Pemakanan (Feed) ............................................ 59
3. Kedalaman Pemakanan (Depth of Cut) .............................. 60
4. Kondisi Pemotongan (Cutting Condition) .......................... 61
D. Pembahasan dan Analisis Hasil Eksperimen ............................ 62
1. Analisis Hasil Kekasaran Permukaan ................................. 62
2. Eksperimen Konfirmasi Rata-rata Kekasaran
Permukaan .......................................................................... 62
3. Eksperimen Konfirmasi Rasio S/N .................................... 63
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan ................................................................................... 65
B. Implikasi ................................................................................... 66
C. Saran ......................................................................................... 67
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 68
LAMPIRAN ..................................................................................................... 70
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Blok Pemrograman NC ............................................................... 11
Tabel 2. Ketidakteraturan suatu Profil (Konfigurasi Penampang
Permukaan) ................................................................................. 16
Tabel 4. Faktor dan Level Percobaan ........................................................ 30
Tabel 4. Derajat Kebebasan ...................................................................... 30
Tabel 5. Orthogonal Array L9(34) ............................................................. 31
Tabel 6. Kebutuhan Panjang Spesimen. .................................................... 39
Tabel 7. Rekomendasi Parameter Pemotongan ......................................... 43
Tabel 8. Nilai Pengujian Kekerasan Rockwell A. ..................................... 44
Tabel 9. Hasil Uji Komposisi Baja ST 40 ................................................. 45
Tabel 10. Desain Eksperimen Parameter dan Level ................................... 48
Tabel 11. Penelitian Taguchi Orthogonal Array L9 ................................... 48
Tabel 12. Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan ................................... 50
Tabel 13. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Spindle Speed ............. 51
Tabel 14. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Feed, Depth of Cut dan
Cutting Condition ........................................................................ 51
Tabel 15. Respon Kekasaran Rata-rata Keseluruhan Parameter ................. 51
Tabel 16. Analisis Varian (ANAVA) .......................................................... 52
Tabel 17. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N
Spindle Speed .............................................................................. 55
Tabel 18. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Feed .......... 55
Tabel 19. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N
Depth of Cut dan Cutting Condition .......................................... 55
Tabel 20. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N
Keseluruhan Parameter ............................................................... 56
Tabel 21. Analisis Varian (ANAVA) Rasio S/N Kekasaran Permukaan ... 56
Tabel 22. Kondisi Optimum dan Performansi ............................................ 62
Tabel 23. Hasil Pengukuran Ra Optimum .................................................. 62
Tabel 24. Interpretasi Hasil Eksperimen Konfirmasi dan Eksperimen
Taguchi ........................................................................................ 64
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Klasifikasi Proses Freis ............................................................ 7
Gambar 2 Komponen Kecepatan Potong pada Proses Milling ................. 8
Gambar 3 Analogi Pembentukan Beram .................................................. 9
Gambar 4 Mesin CNC Freis ..................................................................... 10
Gambar 5 Profil Kekasaran Permukaan .................................................... 15
Gambar 6 Benda Hasil Pengerjaan ........................................................... 33
Gambar 7 Eksperimen Konfiguration L-9 (3^4) ....................................... 34
Gambar 8 Data Inner Array dan Result .................................................... 35
Gambar 9 Data Faktor dan Level .............................................................. 35
Gambar 10 Pemilihan Karakteristik Kualitas ............................................. 36
Gambar 11 Pengisian Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan ................ 36
Gambar 12 Analisis Perhitungan Data ........................................................ 37
Gambar 13 Data Rasio S/N ......................................................................... 37
Gambar 14 Analisis Respon Rata-Rata Kekasaran Permukaan .................. 38
Gambar 15 ANAVA Rasio S/N .................................................................. 38
Gambar 16 Kondisi Optimum Masing-Masing Faktor ............................... 38
Gambar 17 Mesin CNC MILL MASTER ZK 7040 ................................... 41
Gambar 18 Pahat (Insert) Milling XOMT 060204 ..................................... 42
Gambar 19 Tool Holder dan Dimensinya ................................................... 43
Gambar 20 SURFCODER SE-1700 Roughness Tester ............................. 43
Gambar 21 Diagram Alir Penelitian ........................................................... 47
Gambar 22 Pengaruh Kecepatan Spindel terhadap Kekasaran Permukaan
dan Rasio S/N ........................................................................... 58
Gambar 23 Pengaruh Kecepatan Pemakanan terhadap Kekasaran
Permukaan dan Rasio S/N. ....................................................... 59
Gambar 24 Pengaruh Kedalaman Pemakanan terhadap Kekasaran
Permukaan dan Rasio S/N ........................................................ 60
Gambar 25 Pengaruh Kondisi Pemotongan terhadap Kekasaran
Permukaan dan Rasio S/N. ....................................................... 61
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Pengujian Data Kekasaran Permukaan ............................... 70
Lampiran 2. Perhitungan Analisis Varian Rata-Rata Kekasaran Permukaan .. 71
Lampiran 3. Perhitungan Analisis Varian Rasio S/N Rata-Rata Kekasaran
Permukaan ................................................................................... 75
Lampiran 4. Surat Ijin Research di Laboratorium Bahan Teknik D3
Fakultas Teknik UGM ................................................................ 81
Lampiran 5. Surat Permohonan Ijin Research/Try Out ................................... 82
Lampiran 6. Surat Permohonan Ijin Menyusun Skripsi .................................. 83
Lampiran 7. Surat Ijin Research di Laboratorium CNC .................................. 84
Lampiran 8. Surat Keterangan Uji Kekasaran di UGM ................................... 85
Lampiran 9. Surat Ijin Research di Laboratorium CNC .................................. 86
Lampiran 10 Tabel Nilai Uji F ......................................................................... 87
Lampiran 11. Presensi Seminar Proposal Skripsi ............................................ 88
Lampiran 12. Foto Dokumentasi Penelitian..................................................... 90
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvii
NOMENKLATUR
Simbol Arti Satuan
a Kedalaman pemakanan [mm]
d Diameter luar [mm]
f Kecepatan pemakanan [mm/rev]
HRA Nilai kekerasan Rockwell A [-]
KA Jumlah level faktor [-]
Kr Sudut potong utama [ 0]
L Lebar [mm]
l0 Panjang pemotongan [mm]
l t Panjang total pemotongan [mm]
MS Mean Square (jumlah kuadrat rata-rata) [-]
N Jumlah data keseluruhan [-]
n Putaran poros utama [rpm]
P Panjang [mm]
Ra Kekasaran rata-rata aritmetik [µm]
SS Sum of Square (jumlah kuadrat) [-]
T Tinggi [mm]
T Jumlah keseluruhan nilai data [-]
tc Waktu pemotongan [min]
w Lebar pemotongan benda kerja [mm]
y Nilai data [-]
Z Kecepatan menghasilkan geram [mm]
z Jumlah gigi [-]
S/N Signal to Noise Ratio [db]
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Proses pemesinan milling merupakan salah satu proses pemesinan yang
banyak digunakan untuk pembuatan suatu komponen. Dalam proses pemesinan
milling, waktu yang dibutuhkan untuk membuat komponen harus seminimal
mungkin agar tercapai kapasitas produksi yang tinggi. Parameter proses
pemotongan yang maksimum akan menghasilkan laju pemakanan material
(material removal rate) yang tinggi, namun juga mengakibatkan kekasaran
permukaan (Ra) yang tinggi pula.
Penelitian di bidang operasi mesin perkakas telah dimulai pada awal abad
XIX oleh F.W. Taylor yang melakukan eksperimen selama 26 tahun dengan lebih
dari 30.000 eksperimen dan menghasilkan 400 ton beram (Jerard et al, 2001).
Eksperimen tersebut bertujuan menghasilkan solusi sederhana atas permasalahan
intrisik dalam menentukan kondisi pemotongan yang aman dan efisien. F.W.
Taylor percaya bahwa solusi tersebut secara empiris dapat diselesaikan kurang
dari setengah menit oleh mekanik yang handal lewat pengalaman mereka.
Mekanik-mekanik tersebut meskipun sanggup bekerja dengan memuaskan, namun
mereka kesulitan menularkan pengetahuannya secara sistematis dan kuantitatif
kepada orang lain. Operator seringkali hanya menggunakan estimasi atau trial and
error dalam memilih besaran cutting speed, feedrate dan depth of cut, padahal
besaran tersebut berpengaruh terhadap kualitas hasil pemesinan serta
produktivitas. Operasi end milling adalah salah satu upaya untuk meneliti nilai
optimum dari beragam tipe operasi mesin perkakas yang banyak dipakai. Operasi
dan proses pemesinan terutama yang menggunakan mesin CNC semakin
memberikan beragam pilihan besaran parameter dalam kode numeriknya.
Operator perlu mendapatkan informasi kuantitatif korelasi antar parameter untuk
menghasilkan kualitas surface finish yang baik.
Analisis parameter pemesinan (machining parameters) perlu dilakukan
untuk mengetahui kondisi optimal dari parameter pemesinan untuk tingkat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
kekasaran permukaan benda yang dihasilkan oleh proses pemesinan. Metode
Taguchi (Taguchi Method) adalah salah satu metode yang banyak digunakan
untuk mengetahui kondisi optimal dari parameter pemesinan terhadap kekasaran
permukaan benda kerja, sehingga diharapkan terjadi perbaikan kualitas dan proses
suatu barang.
Optimasi parameter proses pemesinan pada mesin milling perlu
dilakukan agar kekasaran permukaan yang diinginkan dapat dicapai dalam waktu
yang paling singkat. Operator mesin perkakas hingga kini masih dihadapkan pada
masalah penentuan parameter pemesinan seperti cutting speed, feedrate dan depth
of cut yang optimum terutama pada operasi finishing. Penelitian ini diharapkan
dapat memberikan kontribusi berupa tolok ukur parameter optimal suatu operasi
pemesinan. Operasi pemesinan yang dipilih adalah proses endmilling surface
dengan metode Taguchi. Analisis data metode Taguchi dibantu menggunakan
software Qualitek.
B. Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah tersebut, terdapat beberapa
permasalahan utama yang berhubungan dengan kekasaran pada proses pemesinan
CNC Milling. Masalah–masalah tersebut antara lain :
1. Penentuan parameter pemesinan seperti spindle speed, federate, dan depth of
cut yang optimum terutama pada operasi pemesinan CNC milling.
2. Pengaruh penambahan coolant terhadap kekasaran permukaan logam.
3. Penentuan parameter pemotongan sesuai material benda kerja (struktur dan
kekerasan) dan karakteristik alat potong (geometri, jumlah mata sayat, dan
material alat potong).
C. Batasan Masalah
Agar pembahasannya tidak terlalu luas dan menyimpang dari
permasalahan, maka lingkup penelitian ini dibatasi sebagai berikut :
1. Material uji adalah carbon steel ST 40 dengan komposisi dan nilai kekerasan
yang telah diketahui berdasarkan pengujian dan aspek metalurgi tidak
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
dibahas.
2. Parameter kondisi pemotongan didasarkan pada rekomendasi pahat (insert)
dan mesin CNC Milling ZK 7040.
3. Parameter pemesinan terdiri atas: kecepatan putaran spindel (n) (rpm),
kecepatan pemakanan (f) (mm/rev), kedalaman pemakanan (a) (mm), dan
kondisi pemotongan (basah dan kering).
4. Analisis hanya dilakukan pada parameter pemesinan yang diaplikasikan.
5. Proses pengukuran dilakukan hanya pada kekasaran permukaan.
6. Analisis kekasaran permukaan dilakukan pada kekasaran permukaan rata-rata
(Ra).
D. Perumusan Masalah
Berdasarkan identifikasi masalah dan pembatasan masalah tersebut dapat
ditentukan perumusan masalah sebagai berikut:
1. Adakah pengaruh kecepatan spindle terhadap tingkat kekasaran permukaan
logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja
ST 40?
2. Adakah pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat kekasaran
permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada
material baja ST 40?
3. Adakah pengaruh kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran
permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada
material baja ST 40?
4. Adakah pengaruh cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran permukaan
logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja
ST 40?
5. Dengan menggunakan metode Taguchi, parameter manakah yang
menghasilkan nilai kekasaran optimal pada proses pemesinan CNC milling
type ZK 7040 pada material baja ST 40?
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
E. Tujuan Penelitian
Berdasarkan masalah yang telah dirumuskan, penelitian ini memiliki
tujuan yaitu :
1. Mengetahui pengaruh kecepatan spindle terhadap tingkat kekasaran
permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada
material baja ST 40.
2. Mengetahui pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat kekasaran
permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada
material baja ST 40.
3. Mengetahui pengaruh kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran
permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada
material baja ST 40.
4. Mengetahui pengaruh cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran
permukaan logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada
material baja ST 40.
5. Mengetahui parameter mana yang menghasilkan nilai kekasaran optimal pada
proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40,
dengan menggunakan metode Taguchi.
F. Manfaat Penelitian
1. Manfaat Praktis
a. Dapat digunakan sebagai referensi dalam menentukan optimasi parameter
pemotongan untuk mendapatkan kekasaran yang diinginkan dalam proses
pemesinan CNC milling.
b. Memberikan kontribusi ilmiah kepada komunitas industri berupa tolok ukur
parameter optimal operasi pemesinan milling dengan end milling CNC.
c. Menjadi masukan bagi pengguna mesin CNC milling dalam peningkatan
kualitas dan kuantitas produk hasil proses pemesinan serta peningkatan
sumber daya manusia.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
2. Manfaat Teoritis
a. Sebagai masukan dan pertimbangan bagi perkembangan penelitian sejenis di
masa yang akan datang.
b. Menjadi bahan pustaka bagi Program Studi Pendidikan Teknik Mesin Jurusan
Pendidikan Teknik dan Kejuruan Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
BAB II
LANDASAN TEORI
A. Tinjauan Pustaka
1. Mesin CNC Milling
Mesin CNC milling secara garis besar dapat digolongkan menjadi dua,
yaitu: mesin CNC Milling TU (Training Unit) dan mesin CNC Milling
Production. Kedua mesin CNC tersebut mempunyai prinsip kerja yang sama,
namun berbeda dalam penggunaan dan penerapannya. Mesin CNC Milling TU
(Training Unit) yang dilengkapi dengan EPS (External Programming Sistem),
digunakan untuk latihan dasar pengoperasian dan pemograman CNC, serta
pengerjaan yang ringan. Mesin CNC Milling Production digunakan untuk
produksi massal, sehingga diperlukan perlengkapan yang lebih, misal: sistem
chuck otomatis, pembuka pintu pembuang beram otomatis, dan lain-lain.
2. Proses Pemesinan
a. Proses Freis (Milling Process)
1) Klasifikasi Proses Freis
Mesin milling adalah mesin perkakas dengan gerak utama berputar
dilakukan oleh alat potong atau milling cutter. Pahat freis (milling cutter)
termasuk pahat bermata potong jamak dengan jumlah mata potong sama
dengan jumlah gigi pahat freis, tetapi dalam perkembangannya pahat
freis ada yang bermata potong tunggal dan penggunaannya tergantung
dari kebutuhan seperti yang digunakan di mesin CNC. Sesuai dengan
jenis pahat yang digunakan, dikenal tiga macam proses freis (Taufiq,
Rochim: 1982), yaitu:
a) Proses freis datar (slab milling)
Disebut peripheral milling, yaitu proses freis dimana sumbu rotasi
dari pahat (tool) sejajar dengan permukaan benda kerja.
b) Proses freis tegak (face milling)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
Proses freis tegak, yaitu proses freis dimana sumbu rotasi pahatnya
vertikal terhadap permukaan benda kerja.
c) End Milling
Pahat potong (cutter) pada end milling, biasanya berputar pada
sumbu vertikal terhadap benda kerja, area kerja pahat berada pada
akhir permukaan dari pahat pemotong dan pada batas keliling dari
badan pahat pemotong.
(a) Slab milling (b) Face milling (c) End milling
Gambar 1. Klasifikasi Proses Freis (Kalpakjian, S, Schmid: 1992)
Proses facing atau proses roughing dilakukan pada proses pemesinan
awal, untuk mendapatkan posisi peletakan material kerja yang rata, sehingga
diharapkan saat proses pemesinan dilakukan maka akan lebih seragam.
Dalam penggunaan pahat sisipan (insert), baik dalam pemasangan maupun
dalam pemilihan bentuk juga memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap
tekstur dari permukaan benda yang dilakukan proses pemesinan.
Proses freis datar dibagi dalam dua jenis yaitu proses freis naik (up
milling) dan proses freis turun (down milling).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
Gambar 2. Komponen Kecepatan Potong Pada Proses Milling
(Kalpakjian, S, Schmid: 1992)
Gambar 2 menunjukkan, pada proses up milling, beram yang
dihasilkan sangat tipis di awal mula proses permesinan, dimana gigi pahat
(tooth) pertama kali bersentuhan, lalu berangsur-angsur menebal hingga pahat
selesai melakukan proses. Untuk proses down milling, ketebalan beram (chip)
maksimum terjadi dekat pada titik dimana gigi pahat kontak bekerja, karena
gerak relatif pahat cenderung menarik benda kerja ke arah pahat.
Proses freis tidak menghasilkan beram dengan ketebalan yang tetap,
melainkan berbentuk koma dengan ketebalan beram yang berubah. Tebal
beram dipengaruhi oleh gerak pemakanan per gigi (feed per tooth) dan sudut
posisi (φ) yang dapat berubah, karena perubahan sudut potong. Analogi
proses terbentuknya beram pada proses freis adalah bila setumpuk kartu
dijajarkan dan diatur sedikit miring yang membentuk sudut geser φ, kemudian
didorong dengan papan yang membuat sudut seperti sudut beram γ0, maka
kartu di ujung papan akan bergeser ke atas terhadap kartu di belakangnya dan
berlangsung secara berurutan (Gambar 3).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
Gambar 3. Analogi Pembentukan Beram
2) Prinsip kerja mesin CNC milling
Mesin milling adalah mesin perkakas dengan gerak utama berputar
dilakukan oleh alat potong atau cutter milling, gerak makannya dilakukan
oleh benda kerja yang terpasang pada meja kerja.
Mesin CNC milling ini menggunakan sistem persumbuan dengan
dasar koordinat kartesius :
“apabila tiga jari kanan diatur sedemikian rupa sehingga letaknya
saling tegak lurus, maka jari tengah menunjukkan sumbu Z, jari telunjuk
menunjukkan sumbu Y, dan ibu jari menunjukkan sumbu X”
Mesin frais vertikal dapat menunjukkan bahwa sumbu Z adalah arah tegak,
sumbu Y adalah arah melintang meja, dan sumbu X adalah arah
memanjang meja.
Pengoperasian mesin CNC dilaksanakan dengan layanan CNC,
dimana proses dikontrol komputer secara otomatis dengan memasukkan
data numerik. Sistem CNC beroperasi secara otomatis dan dapat
menginterpretasikan kode-kode numerik yang berupa huruf, angka, dan
simbol untuk membuat suatu bentuk dari benda kerja. Data numerik yang
dimasukkan dalam memori mesin berupa urutan perintah yang membentuk
benda kerja disebut program NC. Program NC adalah suatu urutan
perintah yang disusun secara terperinci setiap blok untuk memberitahu
mesin CNC tentang apa yang harus dilakukan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
3) Mesin Freis CNC
Gambar 4. Mesin CNC Freis
CNC (Computer Numerically Control) adalah suatu mesin yang
dikontrol oleh komputer dengan menggunakan bahasa numerik. Bahasa
numerik yaitu perintah gerakan dengan menggunakan kode huruf dan angka,
misalnya, jika pada program ditulis kode M-03 S1000 maka spindel akan
berputar dengan kecepatan 1000 rpm dan jika program ditulis kode M-05,
maka spindel akan berhenti.
Pengoperasian mesin CNC dilaksanakan dengan layanan progam
NC, proses pengoperasian mesin CNC dikontrol komputer dengan
memasukkan data numerik. Sistem CNC beroperasi secara otomatis dan dapat
menginterpretasikan kode-kode numerik yang berupa huruf, angka ataupun
simbol untuk membuat suatu bentuk benda kerja. Program NC adalah suatu
urutan perintah yang disusun secara terperinci setiap blok per blok untuk
memberi tahu mesin CNC tentang apa yang harus dilakukan.
Program NC terdiri dari kumpulan perintah. Perintah ditransfer oleh
pengendalian menjadi impuls-impuls pengendali untuk mesin perkakas.
Bahasa program NC merupakan format perintah dalam satu baris blok dengan
menggunakan kode huruf, angka, dan simbol. Mesin CNC mempunyai
perangkat komputer yang disebut Machine Control Unit (MCU) yakni suatu
perangkat yang berfungsi menerjemahkan bahasa kode ke dalam bentuk
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
gerakan persumbuan sesuai bentuk benda kerja. Kode bahasa dalam mesin
CNC dikenal dengan kode G dan M. Kode G adalah kode untuk pergerakan
pahat dan kode M adalah kode untuk kode operasional mesin. Tabel 1
menunjukkan contoh blok program NC.
Tabel 1. Blok Pemrograman NC
G /M X Y Z F S Blok I M03 - - - - S1000 Blok II G01 10 0 0 30
Tabel 1 dapat menjelaskan bahwa pada blok I, kode M-03 memerintahkan
spindel mesin berputar, dan S1000 artinya spindel berputar dengan kecepatan
1000 rpm. Pada blok II, kode G01 artinya memerintahkan pahat bergerak
dengan pemakanan, X10 menunjukkan arah gerakan pemakanan ke sumbu X
sejauh 10 mm, dan F30 menunjukkan kecepatan pemakanan ke arah sumbu X
sebesar 30 mm/menit.
4) Elemen-elemen Dasar Proses Freis
Elemen-elemen dasar proses pemesinan sangat berpengaruh dalam
analisis optimasi hasil dari produk yang akan dibuat. Elemen-elemen ini
dianalisis dengan tujuan menemukan suatu formulasi yang bisa dipakai untuk
keperluan proses permesinan serta perkembangan dalam hal efisiensi dan
optimasi dari proses permesinan. Beberapa elemen dasar proses permesinan
di antaranya:
a) Kecepatan potong (cutting speed) :
Kecepatan potong merupakan kecepatan pemakanan pahat dalam
satuan m/menit atau ft/menit.
�� = ���1000 ; (m min )⁄
b) Kecepatan pemakanan (feed. f) :
Gerak pemakanan merupakan kecepatan gerak pahat dalam satuan
mm/rev atau in/rev.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
c) Rata-rata gerak pemakanan (feedrate, v)
Rata-rata gerak pemakanan merupakan kecepatan linier pahat
sepanjang benda kerja dalam satuan mm/menit atau inci/menit.
v = f N
d) Kedalaman pemotongan (depth of cut,a)
Ketebalan pemakanan merupakan kedalaman penyayatan yang
dilakukan oleh pahat dalam satuan mm atau inci.
e) Waktu pemotongan (cutting time)
Waktu pemotongan merupakan waktu yang diperlukan untuk
melakukan penyayatan sepanjang benda kerja dalam satuan detik
atau menit.
�� = ���� ; (min) Dimana; �� = �� + �� + ��
f) Kecepatan penghasilan beram :
Kecepatan penghasilan beram merupakan volume material yang
terbuang per satuan waktu dalam satuan mm3/menit atau inci3/menit.
� = �� . �. �1000 ; (mm� min )⁄
g) Kecepatan spindle (N)
Kecepatan spindle merupakan putaran dari spindle yang juga
merupakan putaran benda kerja dalam satuan rpm.
3. Fluida Pemotongan (Cutting Fluids)
Penggunaan fluida pemotongan selama proses pemesinan telah diawali
oleh F.W. Taylor sejak tahun 1883 (Jerrad, R.B., Fussel, K. Barry., Ercan, T.
Mustafa: 2001). Penggunaan fluida pemotongan pada proses pemesinan
menunjukkan, bahwa kecepatan potong (cutting speed) dapat meningkat hingga
40% dengan menggunakan air sebagai pendingin. Air dapat menyebabkan korosi
pada logam ferro, sehingga air tidak efisien sebagai pendingin ataupun pelumas,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
karena kemampuan pembasahannya (wetting ability) yang rendah dalam kondisi
temperatur yang sangat tinggi.
Fluida pemotongan atau sering disebut pendingin (coolant) berfungsi
untuk mengontrol temperatur pemotongan dan untuk pelumasan. Aplikasi fluida
pemotongan adalah memperbaiki kualitas benda kerja selama mengalami proses
pemotongan secara terus menerus oleh pahat (tool) dan juga memperbaiki umur
pahat. Diskripsi beberapa karakteristik pendingin atau pelumas dapat dijelaskan
sebagai berikut:
a. Dari bahan utama minyak (oil based)
1) Straight oil (100% petroleum oil)
Straight oil adalah pendingin dari bahan minyak yang
mengandung 100% petroleum oil. Straight oil mempunyai kemampuan
pelumasan yang sangat baik atau menciptakan lapisan sebagai efek
bantalan antara benda kerja dan pahat, melindungi dari karat (rust), dan
memperbaiki umur pahat, tetapi straight oil mempunyai sifat melepaskan
panas yang buruk dan meningkatkan resiko kebakaran.
2) Soluble oil (60-90% petroleum oil)
Soluble oil (hampir sama dengan emulsi, minyak emulsif atau
minyak larut air) terdiri dari campuran 60-90% minyak bumi, emulsifier,
dan bahan tambahan lain. Konsentrat ini dicampur dengan air untuk
menjadi fluida pemotongan yang dipakai untuk pengerjaan logam.
Soluble oil dapat meningkatkan kemampuan pendinginan dan pelumasan
yang baik meskipun campuran minyak dan air, menciptakan lapisan film
minyak yang melindungi komponen yang bergerak. Soluble oil adalah
pendingin dari bahan minyak yang bercampur dengan air, sehingga akan
menimbulkan masalah karat (rust) atau korosi, masalah kesehatan
timbulnya bakteri, dan kabut asap yang dibentuk bisa menciptakan
lingkungan kerja yang tidak aman.
b. Fluida pemotongan dari bahan kimia
Fluida pemotongan dari bahan kimia pertama kali dikenalkan sekitar
tahun 1945. Ada dua jenis fluida pemotongan dari bahan kimia, yaitu sintetis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
dan semi sintetis, fluida pemotongan dari bahan kimia memiliki sifat lebih
stabil serta kemampuan untuk melumasi.
1) Sintetis (0% petroleum oil)
Sintetis merupakan cairan pendingin yang tidak mengandung
minyak atau mineral yang lain, secara umum terdiri dari pelumas kimia
(chemical lubricant) dan inhibitor karat yang larut dalam air. Sintetis
didesain untuk memiliki kemampuan pendinginan yang lebih cepat,
pelumasan yang lebih baik, mencegah korosi dan mudah dilakukan
perawatan. Sintetis dianjurkan untuk proses pemesinan dengan kecepatan
tinggi.
2) Semisintetis (2-30% petroleum oil)
Semisintetis merupakan cairan pendingin yang masih
mengandung 2-30% minyak bumi. Cairan pendingin jenis ini di dalam
penggunaannya masih harus dicampur dengan air. Semisintetis
merupakan cairan pendingin yang mempunyai sifat relatif tidak beracun,
transparan, tidak mudah terbakar, ketahanan korosi yang baik, memiliki
sifat pendinginan dan pelumasan yang baik, waktu penggunaan lama,
serta dapat digunakan di hampir semua proses pemesinan. Semisintetis
juga mempunyai sifat yang merugikan, yaitu menghasilkan efek kabut,
berbusa, mudah terkontaminasi oleh cairan lain.
4. Metrologi Konfigurasi Permukaan
a. Konfigurasi Permukaan
Metrologi geometri adalah ilmu dan teknologi untuk melakukan
pengukuran karakteristik geometri suatu produk dengan alat ukur dan cara
yang sesuai yang sedemikian rupa sehingga data pengukuran dan analisis
datanya menghasilkan harga yang dianggap sebagai nilai yang paling dekat
dengan geometri yang sesungguhnya dari komponen yang bersangkutan.
Metrologi geometri meliputi ukuran, bentuk, posisi, dan kekasaran
permukaan produk benda yang bersangkutan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
Permukaan adalah batas yang memisahkan antara benda padat
dengan sekelilingnya. Konfigurasi permukaan merupakan suatu karakteristik
geometri golongan mikrogeometri. Mikrogeometri adalah permukaan secara
keseluruhan yang membuat bentuk atau rupa yang spesifik misalnya
permukaan poros, lubang, sisi, dan lain-lain yang tercakup pada elemen
geometri ukuran, bentuk, dan posisi.
Karakteristik suatu permukaan memegang peranan penting dalam
perancangan komponen mesin atau peralatan. Karakteristik suatu permukaan
perlu dinyatakan dengan jelas, misalnya dalam kaitannya dengan gesekan,
keausan, pelumasan ketahanan lelah, perekatan dua atau lebih komponen
mesin dan sebagainya. Surface roughness memainkan peranan yang cukup
penting kaitannya dengan ketahanan kontak (contact resistance).
Gambar 5. Profil Kekasaran Permukaan (Taufiq Rochim: 2001)
Ketidakteraturan konfigurasi suatu permukaan apabila ditinjau dari
profilnya dapat diuraikan menjadi beberapa tingkat (Tabel 2), tingkat pertama
merupakan ketidakteraturan makrogeometri, yaitu keseluruhan permukaan
yang membuat bentuk. Tingkat kedua, yaitu yang disebut dengan gelombang
(waviness), merupakan ketidakteraturan yang periodik dengan panjang
gelombang yang jelas lebih besar dari kedalamannya (amplitude). Tingkat
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
ketiga, yaitu alur (groove) dan tingkat keempat adalah serpihan (flaw) dan
keduanya lebih dikenal dengan istilah kekasaran (roughness).
Tabel 2. Ketidakteraturan Suatu Profil (Konfigurasi Penampang Permukaan)
Tingkat Profil Terukur, Bentuk Grafik Hasil
Pengukuran Istilah
Contoh Kemungkinan
Penyebabnya
1.
Kesalahan
bentuk
(form error)
Kesalahan bidang-
bidang pembimbing
mesin perkakas dan
benda kerja, kesalahan
posisi pencekaman
benda kerja
2.
Gelombang
(waviness)
Kesalahan bentuk
perkakas, kesalahan
penyenteran perkakas,
getaran dalam proses
pemesinan
3.
Alur
(grooves)
Jejak/bekas
pemotongan (bentuk
ujung pahat, gerak
makan)
4.
Serpihan
(flakes)
Proses pembentukan
beram, deformasi
akibat proses pancar
pasir, pembentukan
module pada proses
electroplating.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
Kekasaran permukaan (surface roughness) dibedakan menjadi dua, yaitu:
1) Ideal surface roughness
Ideal surface roughness adalah kekasaran ideal (terbaik) yang bisa
dicapai dalam suatu proses permesinan dengan kondisi ideal.
2) Natural surface roughness
Natural surface roughness adalah kekasaran alamiah yang terbentuk
dalam proses pemesinan karena adanya berbagai faktor yang
mempengaruhi proses pemesinan tersebut.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kekasaran ideal di antaranya:
1) Getaran yang terjadi pada mesin
2) Ketidaktepatan gerakan bagian-bagian mesin
3) Ketidakteraturan feed mechanism
4) Adanya cacat pada material
5) Gesekan antara chip dan material
b. Parameter Kekasaran Permukaan
1) Profil geometrik ideal adalah profil pemukaan yang sempurna, dapat
berupa garis lurus, lengkung atau busur.
2) Profil terukur (measured profil), merupakan profil permukaan terukur.
3) Profil referensi adalah profil yang digunakan sebagai acuan untuk
menganalisis ketidakteraturan konfigurasi permukaan.
4) Profil akar/alas yaitu profil referensi yang digeserkan ke bawah, sehingga
menyinggung titik terendah profil terukur.
5) Profil tengah adalah profil yang digeserkan ke bawah sedemikian rupa
sehingga jumlah luas bagi daerah-daerah di atas profil tengah sampai
profil terukur adalah sama dengan jumlah luas daerah-daerah di bawah
profil tengah sampai ke profil terukur.
Profil-profil di atas dapat didefinisikan menjadi beberapa parameter
permukaan, yaitu yang berhubungan dengan dimensi pada arah tegak dan
arah memanjang. Dimensi arah tegak dikenal beberapa parameter, yaitu:
1) Kekasaran total (peak to valley height/total height), Rt (µm), adalah jarak
antara profil referensi dengan profil alas.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
2) Kekasaran perataan (depth of surface smoothness/peak to mean line), Rp
(µm), adalah jarak rata-rata antara profil referensi dengan profil terukur.
3) Kekasaran rata-rata aritmetik (mean roughness index/center line average,
CLA), Ra (µm), adalah harga rata-rata aritmetik dibagi harga absolutnya
jarak antara profil terukur dengan profil tengah.
� = 1! " |ℎ%|�&'�
4) Kekasaran rata-rata kuadratik (root mean square height), Rq (µm), adalah
akar bagi jarak kuadrat rata-rata antara profil terukur dengan profil
tengah.
5) Kekasaran total rata-rata, Rz (µm), merupakan jarak rata-rata profil alas
ke profil terukur pada lima puncak tertinggi dikurangi jarak rata-rata
profil alas ke profil terukur pada lima lembah terendah.
5. Metode Taguchi
Desain eksperimen adalah evaluasi secara serentak dua atau lebih faktor
atau parameter terhadap kemampuannya untuk mempengaruhi rata-rata hasil atau
variabilitas hasil gabungan dari karakteristik produk atau proses tertentu. Untuk
mengetahui pengaruh faktor atau parameter terhadap rata-rata hasil secara efektif,
selanjutnya dianalisis untuk menentukan faktor mana yang berpengaruh serta
mengetahui hasil maksimal yang dapat diperoleh.
Metode Taguchi merupakan salah satu metode yang mulai banyak
digunakan saat ini. Metode Taguchi dicetuskan oleh Dr. Genichi Taguchi pada
tahun 1949 saat mendapatkan tugas untuk memperbaiki sistem telekomunikasi di
Jepang. Metode Taguchi merupakan suatu metodologi baru dalam bidang teknik
yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan proses dalam waktu yang
bersamaan menekan biaya dan sumber seminimal mungkin. Sasaran metode
Taguchi adalah menjadikan produk kokoh (robust) atau tidak sensitif terhadap
berbagai faktor gangguan (noise), karena itu sering disebut sebagai desain kokoh
(robust design).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
Definisi kualitas menurut Taguchi adalah kerugian yang diterima oleh
masyarakat sejak produk tersebut dikirimkan. Filosofi Taguchi terhadap kualitas
terdiri dari tiga buah konsep, yaitu:
a. Kualitas harus didesain ke dalam produk dan bukan sekedar memeriksanya.
b. Kualitas terbaik dicapai dengan meminimumkan deviasi dari target. Produk
harus didesain, sehingga kokoh (robust) terhadap faktor lingkungan yang
tidak dapat dikontrol.
c. Biaya kualitas harus diukur sebagai fungsi deviasi dari standar tertentu dan
kerugian harus diukur pada seluruh sistem.
Metode Taguchi merupakan off-line quality control artinya pengendalian
kualitas yang preventif, sebagai desain produk atau proses sebelum sampai pada
produksi di tingkat produksi (shop floor). Off-line quality control dilakukan pada
saat awal dalam siklus kehidupan produk yaitu perbaikan pada awal untuk
menghasilkan produk. Keuntungan atau kelebihan metode Taguchi adalah :
a. Desain eksperimen Taguchi lebih efisien, karena memungkinkan untuk
melaksanakan penelitian yang melibatkan banyak faktor dan jumlah.
b. Desain eksperimen Taguchi memungkinkan diperolehnya suatu proses yang
menghasilkan produk yang konsisten dan kokoh terhadap faktor yang tidak
dapat dikontrol.
c. Metode Taguchi menghasilkan kesimpulan mengenai respon faktor-faktor
dan level faktor-faktor kontrol yang menghasilkan nilai optimum.
Desain eksperimen Taguchi dibagi menjadi tiga tahap utama yang
menyangkut semua pendekatan eksperimen, yaitu:
a. Tahap Perencanaan
Tahap perencanaan merupakan tahap terpenting, dimana seorang
peneliti harus menentukan ke mana penelitian ini akan dibawa. Adapun
kegiatan yang termasuk dalam tahap ini adalah:
1) Perumusan masalah
Perumusan masalah digunakan untuk mengidentifikasi atau
merumuskan masalah yang akan diselidiki dalam eksperimen.
2) Tujuan eksperimen
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
Tujuan yang melandasi eksperimen harus dapat menjawab apa
yang telah dinyatakan dalam perumusan masalah, yaitu mencari sebab
yang menjadi akibat dari masalah yang kita amati.
3) Penentuan variabel terikat
Variabel terikat adalah variable yang perubahanya tergantung
pada variabel lain. Variabel terikat inilah yang nantinya akan menjadi
tujuan penelitian.
4) Identifikasi faktor-faktor (variabel bebas)
Variabel bebas (faktor) adalah variabel yang perubahanya tidak
tergantung pada variabel lain. Pada tahap ini akan dipilih faktor-faktor
mana saja yang akan diselidiki pengaruhnya terhadap variabel tak bebas.
5) Pemisahan faktor kontrol dan faktor gangguan
Faktor kontrol adalah faktor yang nilainya dapat diatur atau
dikendalikan. Faktor gangguan adalah faktor yang nilainya tidak dapat
diatur atau dikendalikan.
6) Penentuan jumlah level dan nilai faktor
Penentuan jumlah level penting untuk ketelitian hasil
eksperimen dan ongkos penelitian. Semakin banyak level yang diteliti,
maka akan semakin akurat hasil yang diperoleh tetapi akan semakin
mahal.
7) Perhitungan derajat kebebasan
Penghitungan derajat kebebasan dilakukan untuk menghitung
jumlah minimum eksperimen yang dilakukan untuk menyelidiki faktor
yang diamati.
8) Pemilihan matriks orthogonal
Pemilihan matriks orthogonal sangat tergantung dari jumlah
level dan derajat kebebasan yang digunakan. Matriks orthogonal yang
digunakan tidak boleh kurang dari derajat kebebasan yang dipilih.
b. Tahap Pelaksanaan Eksperimen
Tahap pelaksanaan eksperimen merupakan langkah-langkah
eksperimen yang akan dilaksanakan. Tahapan ini meliputi:
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
1) Jumlah replikasi
Replikasi adalah pengulangan kembali perlakuan yang sama dalam suatu
percobaan dengan kondisi yang sama. Tujuan replikasi adalah:
a) Menambah ketelitian eksperimen
b) Mengurangi tingkat kesalahan pada eksperimen
c) Memperoleh harga taksiran kesalahan eksperimen, sehingga
memungkinkan dilaksanakannya uji signifikan hasil eksperimen
2) Pengacakan
Secara umum pengacakan dimaksudkan untuk:
a) Meratakan pengaruh faktor yang tidak dapat dikendalikan pada
semua unit eksperimen.
b) Memberikan kesempatan yang sama pada semua unit eksperimen
untuk menerima suatu perlakuan, sehingga diharapkan ada
kehomogenan pengaruh dari setiap perlakuan yang sama.
Pelaksanaan eksperimen Taguchi adalah melakukan pekerjaan
berdasarkan setting faktor pada matrik ortogonal dengan jumlah eksperimen
sesuai dengan jumlah replikasi dan urutan seperti pada randomisasi.
c. Tahap Analisis
Pada tahap analisis dilakukan pengumpulan dan pengolahan data
yang meliputi pengumpulan data, pengaturan data, perhitungan serta
penyajian dalam bentuk lay out tertentu. Qualitek-4 adalah sebuah software
yang digunakan dalam menganalisis data pada penelitian dengan metode
Taguchi. Tahapan analisis dalam software Qualitek-4 secara teoritis dapat
dijabarkan sebagai berikut:
1) Analisis varian Taguchi (ANAVA Taguchi)
Analisis varian Taguchi merupakan teknik yang digunakan dalam
menganalisis data yang telah disusun dalam perencanaan eksperimen
secara statistik. Analisis varian Taguchi digunakan untuk membantu
mengidentifikasi kontribusi faktor, sehingga akurasi perkiraan model
dapat ditentukan. Analisis varian Taguchi untuk matriks orthogonal
dilakukan berdasarkan perhitungan jumlah kuadrat untuk masing-masing
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
kolom. Teknik analisis data dalam perhitungan menggunakan analisis
varian Taguchi sebagai berikut: (Irwan Soejanto: 2009)
a) Jumlah kuadrat total (SST)
(() = * +,-./0
dimana : N = jumlah percobaan
y = data yang diperoleh dari percobaan
b) Jumlah kuadrat faktor (sum of square)
((1 = 2* 34.,�10561
./07 − 9,
:
dimana :
KA = jumlah level faktor
Ai = level ke i faktor A
nAi = jumlah percobaan level ke i faktor A
T = jumlah keseluruhan nilai data
N = jumlah data keseluruhan
c) Jumlah kuadrat karena rata-rata
((; = �. +<,
d) Jumlah kuadrat error (((=)
((= = (() − ((; − ((�>?�@A
e) Rata-rata kuadrat (mean square)
B( = ((1�1
2) Uji F
Hasil analisis varian tidak membuktikan adanya perbedaaan
perlakuan dan pengaruh faktor dalam percobaan, pembuktian dilakukan
dengan uji F. Uji hipotesis F dilakukan dengan membandingkan variasi
yang disebabkan oleh masing-masing faktor dan variansi error. Variansi
error adalah variansi setiap individu dalam pengamatan yang timbul
karena faktor-faktor yang tidak dapat dikendalikan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
C1 = B(1((=
3) Pooling up
Pooling up dirancang Taguchi untuk mengestimasi variansi
error pada analisis varian. Dengan adanya pooling up, estimasi yang
dihasilkan akan menjadi lebih baik. Pooling up dilakukan dengan
menjumlahkan faktor yang tidak berpengaruh menjadi error. Pooling up
dilakukan mulai dari nilai jumlah kuadrat (SS) yang paling kecil. Pooling
up dilakukan hingga ditemukan faktor yang berpengaruh, biasanya sama
dengan atau lebih dari setengah variabel bebas yang digunakan.
4) Rasio S/N (rasio signal to noise)
Rasio S/N digunakan untuk memilih faktor yang memiliki
kontribusi pada pengurangan variansi suatu respon. Rasio S/N
merupakan rancangan untuk transformasi pengulangan data ke dalam
suatu nilai yang merupakan ukuran variasi yang timbul. Rasio S/N
digunakan untuk mengetahui faktor mana yang berpengaruh pada hasil
eksperimen. Rasio S/N yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu:
Semakin kecil semakin baik (smaller the better). Karakteristik kualitas
dengan batas nol dan non negatif. Nilai semakin kecil (mendekati nol)
adalah yang diinginkan.
S/N = −10 log[ 1/� ∑ +,]K./K
5) Interpretasi hasil eksperimen
Langkah-angkah untuk menginterpretasikan hasil eksperimen
dengan menggunakan metode Taguchi dapat dilakukan dengan cara
sebagai berikut:
a) Persen kontribusi merupakan porsi masing-masing faktor dan
interaksi faktor yang signifikan terhadap total variasi yag diamati.
Persen kontribusi merupakan fungsi dari jumlah kuadrat (SS) dari
masing-masing faktor yang signifikan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
Pada analisis varian nilai rata-rata kuadrat (MS) untuk suatu faktor
sebenarnya adalah (misalkan faktor A):
SS’A = SSA – (VA).(MSE)
persen kontribusi adalah:
L = ((′1(() &100%
Persen kontribusi digunakan untuk menghitung kontribusi faktor
maupun interaksi faktor yang signifikan dan error. Jika persen
kontribusi error ≤15% berarti tidak ada faktor yang berpengaruh
terabaikan. Jika persen kontribusi error ≥50% artinya bahwa
terdapat faktor yang berpengaruh terabaikan dan error yang hadir
telalu besar.
b) Interval kepercayaan (convidence interval; CI)
Interval kepercayaan (convidence interval; CI) dalam analisis hasil
eksperimen Taguchi dihitung dalam tiga kondisi:
(1) Interval kepercayaan untuk level faktor (CI1)
OP0 = QC(R;ST;SU)B(V�
W16 = 4̅6 ± OP0
4̅6 − OP0 ≤ W16 ≥ 4̅6 + OP0
dimana :
C(R;0;SU) = rasio F dari tabel
\ = resiko
V1 = derajat kebebasan faktor
Ve = derajat kebebasan error
Mse = rata-rata kuadrat error
N = jumlah yang di uji pada kondisi tertentu
W16 = dugaan rata-rata faktor A pada perlakuan level
ke K
4̅6 = rata-rata faktor A pada perlakuan level ke K
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
(2) Interval kepercayaan untuk perkiraan rata-rata
OP0 = ±QC(R;0;SU)&B(=& 3 1�=��5
Dimana neff adalah jumlah pengamtan efektif
�=�� = jumlah total eksperimenjumlah derajat kebebasan dalam perkiraan rata − rata
(3) Interval kepercayaan untuk eksperimen konfirmasi
OP0 = ±QC(R;0;SU)&B(=& 3 1�=�� + 1i5
Dimana : r = jumlah replikasi yang dilaksanakan
d. Eksperimen Konfirmasi
Eksperimen konfirmasi adalah percobaan yang dilakukan untuk
memeriksa kesimpulan yang didapat. Tujuan eksperimen konfirmasi adalah
untuk memverifikasi: 1) Dugaan yang dibuat pada saat model performansi
penentuan faktor dan interaksinya, dan 2) setting parameter (faktor) yang
optimum hasil analisis percobaan pada performansi yang diharapkan.
B. Penelitian yang Relevan
Dari penelitian sebelumnya banyaknya parameter dan hubungan antar
parameter terkait proses milling yang telah diteliti. Zhang J.Z., et al. (2007).
menggunakan Taguchi design methods untuk mengoptimalkan kualitas
permukaan hasil CNC face milling. Penelitian yang dilakukan oleh Zhang J.Z., et
al, kecepatan pemakanan, kecepatan putar, dan kedalaman potong digunakan
sebagai faktor pengontrol. Faktor pengganggu yang digunakan adalah temperatur
operasi dan kondisi pahat akibat aus. Kekasaran permukaan paling minimum
dapat dicapai pada kecepatan putar 3500 rpm, kecepatan makan 762 mm/min, dan
kedalaman makan 1,52 mm. Penelitian tersebut menunjukan bahwa proses
pemesinan milling terdapat beberapa parameter yang berpengaruh pada kekasaran
permukaan komponen di antaranya kecepatan potong, kecepatan putaran,
kedalaman pemotongan, kecepatan makan, strategi pemesinan, pergeseran pahat,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
jenis material bahan baku, jenis pahat, material pahat, dimensi pahat, geometri
pahat, penggunaan cairan pendingin, dan faktor-faktor lain pada proses pemesinan
seperti adanya getaran, defleksi pahat, temperatur operasi, dan keausan pahat.
Parameter pemesinan yang erat kaitannya dengan kekasaran permukaan
adalah cairan pendingin. Penggunaan cairan pendingin akan menurunkan gesekan
permukaan pada interface pahat dan benda kerja, sehingga kekasaran permukaan
yang dihasilkan lebih kecil dibanding tanpa cairan pendingin. Oleh karena itu,
untuk menghasilkan kekasaran permukaan yang lebih kecil, proses pemesinan
lebih baik menggunakan cairan pendingin.
C. Kerangka Pemikiran
Tingkat kekasaran dari suatu benda hasil pengerjaan pada mesin-mesin
perkakas merupakan syarat mutlak yang harus diperhitungkan dalam proses
produksi untuk dapat menigkatkan kualitas produknya. Selain itu, diperlukan cara
agar mesin perkakas tersebut menghasilkan produk dengan jumlah banyak dalam
waktu singkat, sehingga biaya produksi dapat ditekan serendah-rendahnya.
Operator mesin perkakas hingga kini masih dihadapkan pada masalah penentuan
parameter pemesinan seperti spindle speed dan feed yang optimum terutama pada
operasi finishing.
Operator seringkali hanya menggunakan estimasi atau trial and error
dalam memilih besaran cutting speed, feed dan depth of cut, padahal besaran
tersebut berpengaruh terhadap kualitas hasil pemesinan serta produktivitas.
Dengan demikian diperlukan upaya untuk meneliti nilai optimum dari beragam
tipe operasi mesin perkakas yang banyak dipakai. Salah satunya adalah operasi
end milling. Operasi ini terutama yang menggunakan mesin CNC semakin
memberikan beragam pilihan besaran parameter dalam kode numeriknya.
Operator perlu mendapatkan informasi kuantitatif korelasi antar parameter untuk
menghasilkan kualitas surface finish yang baik.
Tingkat kekasaran permukaan hasil proses pemesinan dengan mesin
CNC milling dipengaruhi oleh beberapa parameter pemotongan. Kecepatan
spindle, kecepatan pemakanan, kedalaman pemakanan, dan kondisi pemotongan,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
merupakan parameter yang sangat berpengaruh pada proses pemesinan. Material
yang digunakan dalam penelitian ini adalah baja karbon rendah ST 40. Kecepatan
spindle dalam penelitian ini divariasi menjadi tiga, yaitu 500 rpm, 1500 rpm, dan
2500 rpm. Kecepatan pemakanan juga divariasi menjadi tiga, yaitu 0,07 mm/rev,
0,12 mm/rev, dan 0,2 mm/rev. Kedalaman pemakanan divariasi menjadi tiga,
yaitu 0,5 mm, 1,0 mm, dan 1,5 mm. Kondisi pemotongan divariasi menjadi tiga,
dry (kering), dromus, dan minyak. Untuk melakukan pengukuran terhadap tingkat
kekasaran yang dihasilkan, digunakan alat pengukur kekasaran, yaitu surftest.
D. Hipotesis Penelitian
Berdasarkan rumusan masalah dan analisis kerangka pemikiran di atas
dapat diambil hipotesis sebagai berikut :
1. Ada pengaruh kecepatan spindle terhadap tingkat kekasaran permukaan
logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja
ST 40.
2. Ada pengaruh kecepatan pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan
logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja
ST 40.
3. Ada pengaruh kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan
logam hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja
ST 40.
4. Ada pengaruh cairan pendingin terhadap tingkat kekasaran permukaan logam
hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40.
5. Didapat kekasaran optimal dari parameter proses CNC milling type ZK 7040
pada material baja ST 40, pada kecepatan spindle 2500 rpm, kecepatan
pemakanan 0,07 mm/rev, kedalaman pemakanan 1,5 mm.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
1. Tempat Penelitian
Tempat penelitian sebagai berikut:
a. Laboratorium CNC Program Studi Pendidikan Teknik Mesin, Jurusan
Pendidikan Teknik dan Kejuruan, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan,
Universitas Sebelas Maret Surakarta untuk proses pembentukan benda uji dan
pelaksanaan proses pemesinan.
b. Laboratorium Bahan Teknik, Program Diploma Teknik Mesin, Fakultas
Teknik, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta untuk melakukan pengujian
kekasaran permukaan logam.
c. PT. Itokoh Ceperindo untuk melakukan uji komposisi baja ST 40.
2. Waktu Penelitian
Jadwal penelitian sebagai berikut:
a. Pelaksanaan penelitian pada bulan Maret 2010 s/d April 2010
b. Seminar proposal penelitian pada tanggal 10 Maret 2010
c. Revisi proposal penelitian pada tanggal 11 Maret s/d 14 Maret 2010
d. Perijinan penelitian pada tanggal 15 Maret 2010
e. Penulisan laporan penelitian pada tanggal 16 Maret 2010 s/d 31 Juni 2010
B. Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen. Penelitian eksperimen
adalah penelitian yang dilakukan dengan mengadakan manipulasi terhadap obyek
penelitian serta adanya kontrol. Penelitian eksperimen merupakan penelitian
dengan perlakuan (treatment), artinya metode penelitian yang digunakan, untuk
mencari pengaruh perlakuan tertentu terhadap yang lain dalam kondisi yang
terkendalikan. Metode penelitian eksperimen yang dipakai adalah metode
Taguchi. Metode Taguchi adalah salah satu metode yang banyak dipakai dalam
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
29
eksperimen yang bertujuan untuk memperbaiki kualitas produk dan proses dalam
waktu yang bersamaan, sehingga bisa menekan biaya dan sumber daya seminimal
mungkin. Metode ini digunakan untuk memberikan formulasi lay out pengujian,
mengetahui kondisi optimal dari parameter pemesinan, dan mengetahui pengaruh
performansi dari parameter pemesinan terhadap kekasaran permukaan. Langkah-
langkah penyusunan metode Taguchi sebagai berikut:
1. Definisi karakteristik kualitas
Karakteristik kualitas yang akan digunakan adalah smaller–the-better.
Hal ini karena diinginkan nilai kekasaran permukaan dan keausan pahat yang
paling kecil adalah nilai yang paling baik.
2. Pemilihan faktor terkendali & tidak terkendali (noise)
Faktor terkendali adalah faktor yang ditetapkan (atau dapat
dikendalikan) selama tahap perancangan. Faktor tidak terkendali (noise)
adalah faktor yang tidak dapat dikendalikan. Pada percobaan ini faktor
terkendali yang digunakan yaitu:
a. Kecepatan potong
b. Kecepatan pemakanan
c. Kedalaman pemakan
d. Kondisi pemotongan
Faktor tidak terkendali (noise) yang digunakan adalah kekasaran permukaan.
3. Penentuan jumlah level dan nilai level faktor
Eksperimen ini menggunakan tiga level untuk setiap faktor, dengan
mengasumsikan setiap level mewakili kondisi minimal (low), sedang
(medium) dan maksimal (high). Nilai setiap faktor didasarkan pada
rekomendasi pahat, mesin, dan penggunaan di lapangan.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
30
Tabel 3. Faktor dan Level Percobaan
Parameter Level Hasil
Penelitian 1 (Rendah)
2 (Sedang)
3 (Tinggi)
Kecepatan spindel (rpm) 500 1500 2500 - Kekasaran
permukaan
benda hasil
proses
Kecepatan pemakanan
(mm/rev) 0,07 0,12 0,17
Kedalaman pemakanan (mm) 0,5 1 1,5
Kondisi pemotongan Dry /
kering
Minyak
nabati Dromus
4. Perhitungan derajat kebebasan
Perhitungan derajat kebebasan dilakukan untuk menghitung jumlah
minimum percobaan yang harus dilakukan untuk menyelidiki faktor yang
diamati.
Tabel 4. Derajat kebebasan
Faktor Interaksi Derajat Kebebasan (DoF) Jumlah Derajat
Kebebasan
Faktor (A) 3-1 2
Faktor (B) 3-1 2
Faktor (C) 3-1 2
Faktor (D) 3-1 2
Total DoF 8
5. Pemilihan matriks orthogonal (orthogonal array)
Matriks orthogonal adalah suatu matrik yang elemen–elemennya
disusun menurut baris dan kolom. Kolom merupakan faktor yang dapat
diubah dalam eksperimen. Baris merupakan kombinasi level dari faktor
dalam eksperimen. Penelitian ini menggunakan 3 level percobaan dan terdiri
dari 4 faktor, sehingga dapat dipilih matriks orthogonal L9(34).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
31
Tabel 5. Orthogonal Array L9(34)
Eksperimen
Faktor
Spindle Speed
Feed Rate
Depth of Cut Cutting
Condition
1. 1 1 1 1
2. 1 2 2 2
3. 1 3 3 3
4. 2 1 2 3
5. 2 2 3 1
6. 2 3 1 2
7. 3 1 3 2
8. 3 2 1 3
9. 3 3 2 1
Untuk mengurangi error yang terjadi, setiap pengujian dilakukan
replikasi sebanyak tiga kali, sehingga jumlah spesimen yang dilakukan
pengujian sebanyak 27 buah. Selain mengurangi error tujuan dari replikasi
yang dilakukan adalah agar nilai yang diperoleh diharapkan mendekati nilai
sebenarnya dari kekasaran permukaan yang terjadi.
6. Pelaksanaan eksperimen
Eksperimen dilakukan pada mesin CNC Milling type ZK 7040 dengan
kontrol SIEMENS SINUMERIK 802S dengan pisau insert XOMT 060204
TT9030, produksi TAEGUTEC satu mata sayat dengan diameter 12 mm.
Langkah-langkah eksperimen sebagai berikut:
1) Uji komposisi dan uji kekerasan material baja ST 40.
2) Pengerjaan material benda uji berbentuk balok dengan ukuran
panjang = 85 mm, lebar = 45 mm, tinggi = 45 mm. Langkah-
langkah proses pengerjaan material benda uji sebagai berikut:
a) Menghidupkan mesin CNC Milling ZK 7040
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
32
b) Mempersiapkan yang diperlukan untuk pengerjaan pemesinan
c) Memasang benda uji pada ragum dengan tepat dan pisau frais
d) Memulai proses pengerjaan pembuatan benda uji
3) Melaksanakan syarat-syarat mesin CNC bekerja, yaitu:
a) Mesin menyala (switch on)
b) Mencapai titik acuan (reference point)
c) Pergeseran titik nol (zero offset)
d) Penetapan data pahat (tool data)
e) Memasukkan data mesin (machine data)
f) Memasukkan program CNC (part programming)
4) Memasang benda uji pada ragum, kemudian dimulai proses
pemesinan dengan memasukkan program yang telah dibuat
sebelumnya.
Perintah pemograman CNC sebagai berikut:
G54
G158 X0 Y0 Z10
G91
G95
M03 S(…)
T1D1
N01 G00 X5 Y0 Z10
N02 G00 X8 Y-7 Z10
N03 G01 Z-1 F(…)
N04 G01 Y92
N05 G00 Z-1
N06 G00 X22 Y-7
N07 G01 X22 Y92
N08 G00 Z-1
N09 ….
N…dst.
N11 G00 X0 Y0 Z10
N12 G00 X-10 Y-10 Z10
M05
G500
M30
Keterangan: (…) menunjukkan variabel yang akan diuji sesuai
level pada desain eksperimen.
Hasil benda kerja yang akan diuji tingkat kekasarannya ditunjukan
pada gambar 6.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
33
Gambar 6. Benda Hasil Pengerjaan
5) Pelaksanan uji kekasaran
Setiap spesimen yang telah mendapat perlakuan yang berbeda-
beda, diuji dengan menggunakan surface roughness tester
Surfcoder SE-1700 Series, sehingga didapat data yang diinginkan
dalam penelitian ini. Dalam persiapan pengukuran kekasaran
permukaan, alat ukur kekasaran permukaan dipersiapkan dan
disetting terlebih dahulu sesuai dengan keperluan. Benda kerja
yang telah diproses kemudian dipersiapkan untuk dilakukan
pengukuran.
7. Pengumpulan dan pengolahan data
Metode pengumpulan data yang digunakan adalah metode observasi.
Observasi sebagai teknik pengumpulan data mempunyai ciri yang spesifik
bila dibandingkan dengan teknik yang lain. Teknik pengumpulan data dengan
cara observasi digunakan pada penelitian ini, karena berkenaan dengan proses
kerja.
8. Analisis data
Analisis data pada penelitian ini menggunakan sebuah software yang
bernama Qualitek-4. Analisis data dilakukan dalam suatu lay out tertentu
yang sesuai dengan desain dan percobaan yang dipilih. Selain itu dilakukan
penghitungan dan penyajian data, dan teknik yang digunakan dalam analisis
data adalah teknik statistik deskriptif, yaitu teknik analisis data yang di
dalamnya berisi interpretasi hasil penelitian dalam bentuk tabel, grafik, dan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
34
diagram. Qualitek merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk
menganalisis data pada penelitian dengan metode Taguchi. Menurut.....
Langkah-langkah penggunaan software Qualitek:
1. Membuat dokumen baru untuk L-9 (3^4), dengan cara klik File� New,
kemudian pilih ortogonal aray L-9 (3^4). Gambar 8 menunjukkan
pemilihan orthogonal array L-9 (3^4) pada software Qualitek-4.
Gambar 7. Eksperimen Konfiguration L-9 (3^4).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
35
2. Mengisi data inner array dan result dengan cara mengklik edit � factor &
level. Gambar 8 menunjukkan pengisian data inner array dan result pada
software Qualitek-4.
Gambar 8. Data Inner Array dan Result
3. Mengisi data faktor dan Level seperti ditunjukkan pada Gambar 9,
kemudian menekan perintah OK.
Gambar 9. Data Faktor dan Level
4. Menekan perintah OK pada layar maka akan keluar perintah berikutnya
untuk memilih karakteristik kualitas, pilihlah “The smaller the better”.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
36
Gambar 10. Pemilihan Karakteristik Kualitas
5. Mengisi data hasil pengukuran kekasaran permukaan dengan cara klik edit
� result. Gambar 11 menunjukkan pengisian hasil pengukuran kekasaran
permukaan pada software Qualitek-4.
Gambar 11. Pengisian Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan
6. Menekan perintah analysis untuk memulai penghitungan data, dengan cara
klik analysis � S/N analysis, seperti ditunjukkan pada Gambar 12 berikut.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
37
Gambar 12. Analisis Perhitungan Data
7. Analisis tersebut akan menghasilkan data rasio S/N seperti pada Gambar
13 berikut.
Gambar 13. Data Rasio S/N
8. Menekan perintah OK untuk melanjutkan analisis respon rata-rata
kekasaran permukaan. Gambar 14 menunjukkan analisis respon rata-rata
kekasaran permukaan pada software Qualitek-4.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
38
Gambar 14. Analisis Respon Rata-Rata Kekasaran Permukaan
9. Menekan perintah OK untuk menlanjutkan analisis ANAVA Rasio S/N.
Gambar 15 menunjukkan ANAVA rasio S/N menggunakan software
Qualitek-4.
Gambar 15. ANAVA Rasio S/N
10. Menekan perintah OK untuk mengetahui kondisi optimum masing-masing
faktor. Gambar 16 menunjukkan penghitungan kondisi optimum masing-
masing faktor pada software Qualitek-4.
Gambar 16. Kondisi Optimum Masing-Masing Faktor
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
39
9. Eksperimen konfirmasi
Eksperimen konfirmasi dilakukan untuk membandingkan hasil
prediksi metode Taguchi dengan hasil yang diperoleh dari pengujian
sebenarnya. Pengujian eksperimen konfirmasi dilakukan dengan
menggunakan kombinasi optimum parameter pemesinan.
10. Interpretasi hasil
Interpretasi hasil merupakan langkah yang dilakukan setelah
percobaan dan analisis telah dilakukan. Dalam bagian ini diperlihatkan data
hasil penelitian yang telah dilakukan pengolahan data sebelumnya, sehingga
bisa ditarik kesimpulan setelah dilakukan pembandingan dengan teori yang
ada.
C. Populasi dan Sampel
1. Populasi Penelitian
Populasi adalah keseluruhan subyek penelitian. (Arikunto Suharsimi,
2002:108). Dalam penelitian ini, populasinya adalah keseluruhan spesimen yaitu
ST 40 dengan panjang spesimen pada Tabel 6.
Tabel 6. Kebutuhan Panjang Spesimen
Kecepatan Spindel (rpm)
Kecepatan Pemakanan (mm/rev) Panjang Spesimen (mm)
500 0,07 85 0,12 85 0,17 85
1500 0,07 85 0,12 85 0,17 85
2500
0,07 85 0,12 85
0,17 85
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
40
2. Sampel Penelitian
Teknik pengambilan sampel yang digunakan dalam penelitian ini adalah
kuota random sampling yaitu jumlah sampel diambil secara acak sesuai dengan
kuota yang dibutuhkan. Sampel dalam penelitian ini adalah material baja karbon
rendah (ST 40). Spesimen berupa balok dengan dimensi p= 85 mm l= 45 mm dan
t= 45 mm.
D. Teknik Pengumpulan Data
1. Identifikasi Variabel
Variabel penelitian adalah segala sesuatu yang berbentuk apa saja yang
ditetapkan oleh peneliti untuk dipelajari, sehingga diperoleh informasi tentang hal
tersebut, kemudian ditarik kesimpulannya (Sugiyono: 2006). Di dalam suatu
variabel terdapat satu atau lebih gejala, yang mungkin pula terdiri dari berbagai
aspek atau unsur sebagai bagian yang tidak terpisahkan. Dari pengertian di atas
secara garis besar variabel dalam penelitian ini ada dua variabel yang akan
dijelaskan sebagai berikut:
a. Variabel Bebas
Variabel bebas atau disebut juga variabel independen merupakan
variabel yang mempengaruhi timbulnya variabel dependen (terikat)
(Sugiyono: 2006). Variabel bebas tidak dipengaruhi oleh ada atau tidaknya
variabel lain. Jika tanpa variabel bebas, maka tidak akan ada variabel terikat.
Hal demikian dapat pula terjadi bahwa jika variabel bebas berubah, maka
akan muncul variabel terikat yang berbeda atau yang lain. Penelitian ini
variabel bebasnya atau yang disebut parameter sebagai berikut:
1) Kecepatan putaran spindle (spindle speed)
2) Kecepatan pemakanan (feed)
3) Kedalaman pemakanan (depth of cut)
4) Kondisi pemotongan (cutting condition)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
41
b. Variabel Terikat
Variabel terikat merupakan variabel yang dipengaruhi atau yang
menjadi akibat, karena adanya variabel bebas (Sugiyono: 2006). Dengan kata
lain ada atau tidaknya variabel terikat tergantung ada atau tidaknya variabel
bebas. Penelitian ini variabel terikatnya adalah: kekasaran permukaan
(Surface Roughness)
2. Instrumen Penelitian
Instrumen – instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
a. Mesin Freis CNC
Mesin freis CNC yang digunakan pada penelitian ini adalah CNC
MILL MASTER ZK 7040 dengan sistem kontrolnya SIEMENS 802 S
(baseline).
Gambar 17. Mesin CNC MILL MASTER ZK 7040
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
42
b. Pahat (Insert) dan Toolholder
Pahat (insert) milling yang digunakan adalah Taegutmill XOMT
060204 TT9030, produksi TAEGUTEC-INGERSOLL-Imc. Kode TT9030
pada bagian akhir menunjukkan bahwa pahat ini masuk dalam kategori pahat
dengan dilapisi PVD dan TiAlN. Toolholder yang dipakai untuk proses
pemesinan adalah TSF-D.53-W.75-06 produk dari TAEGUTEC-
INGERSOLL-Imc. dengan 1 mata pahat.
Gambar 18. Pahat (insert) milling XOMT 060204
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
43
Gambar 19. Tool Holder dan Dimensinya (Ingersoll Cutting Tools, Technical
Information, 2009)
Tabel 7. Rekomendasi Parameter Pemotongan (Ingersoll Cutting Tools,
Technical Information, 2009)
c. Alat Uji Kekasaran
Surfcoder SE-1700 Roughness Tester digunakan untuk mengetahui
kekasaran yang dihasilkan dari proses pemesinan.
Gambar 20. Surfcoder SE-1700 Roughness Tester
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
44
d. Material
Material yang digunakan sebagai spesimen uji dalam penelitian adalah
baja ST 40 dengan tingkat kekerasan 44,70 HRA (142,50 BHN). Tabel 8
menunjukkan hasil pengujian komposisi unsur penyusun material baja ST 40:
Tabel 8. Nilai Pengujian Kekerasan Rockwell A
No. Nilai Kekerasan (HRA) (�� − �������)�
1. 44,00 0,49
2. 45,00 0,09
3. 42,00 7,29
4. 44,50 0,04
5. 45,50 0,64
6. 45,00 0,09
7. 44,50 0,04
8. 45,00 0,09 9. 45,50 0,64
10. 45,00 0,09 11. 44,50 0,04 12. 44,50 0,04 13. 45,00 0,09 14. 45,00 0,09 15. 44,60 0,01 16. 45,00 0,09 17. 45,00 0,09
TOTAL ����� = 44,70 9,95
= �∑|� − �����|�(� − 1)
= � 9,90(17 − 1) = 0,80
HRA = 44,7±0,80
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
45
Ralat Nisbi = !���������� " × 100%
= % 0,844,7' × 100% = 1,80%
Keseksamaan = !1 − ���������� " × 100%
= %1 − 0,8044,7' × 100%
= 98%
Tabel 9. Hasil Uji Komposisi Baja ST 40
Unsur Prosentase (%)
Fe 98,10
C 0,129
Si 0,283
Mn 0,490
P > 0,094
S 0,031
Ni 0,115
Cr 0,114
Mo 0,082
Cu 0,392
Mg 0,001
V 0,010
Ti 0,007
Nb 0,019
Al 0,043
W 0,045
Hasil Uji Komposisi di PT. Itokoh Ceperindo (2009)
Baja ST 40 dipilih dalam penelitian ini, karena material tersebut sering
dipakai sebagai bahan pembuatan komponen-komponen mesin. Baja ini tergolong
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
46
dalam baja karbon rendah (kandungan karbon di bawah 0,2%) dan sering disebut
mild steel. Baja ini memiliki karakteristik kekuatan rendah, keuletannya tinggi dan
tidak mampu dikeraskan dengan proses perlakuan panas kecuali proses surface
hardening. Baja tersebut memiliki sifat keuletan yang tinggi, maka baik untuk
dilakukan proses pemesinan. Benda kerja yang dipakai dalam penelitian berupa
balok dengan dimensi yang telah ditentukan sebelumnya sesuai kebutuhan
pengujian.
E. Teknik Analisis Data
Analisis data yang digunakan dalam penelitian dibantu menggunakan
perangkat lunak Taguchi, yaitu software Qualitek-4. Software Qualitek-4
digunakan dalam penelitian menggunakan metode Taguchi untuk menentukan
dampak utama dari parameter proses, serta melakukan analisis varian (ANAVA),
software Qualitek-4 juga digunakan untuk menetapkan kondisi optimum dari
parameter pemesinan. Analisis efek utama digunakan untuk mempelajari
kecenderungan efek setiap faktor.
Faktor ANAVA untuk setiap eksperimen dari orthogonal array L9(34)
dapat dihitung dengan mengambil nilai rata-rata surface roughnes yang diamati,
kemudian dimasukkan ke dalam software Qualitek-4. Data hasil analisis akan
ditunjukkan melalui tabel hasil analisis data yang disajikan pada software
Qualitek-4.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
47
F. Diagram Alir Penelitian
Berikut ini diagram alir penelitian yang dilakukan:
Pemilihan Bahan dan Alat Penelitian
1. Spesimen (benda kerja) 2. Pahat (insert) 3. Mesin CNC
Mulai
Pemilihan Karakteristik Kualitas “Smaller the Better”
Rancangan Desain Eksperimen Taguchi
Rancangan Sesuai
Tidak
Ya Eksperimen (Machining Process)
Pengumpulan dan Pengolahan Data
Analisis Hasil dan Menentukan Kombinasi Optimal Faktor Level
Interpretasi Hasil
Selesai
Software Qualitek
Pemilihan Faktor Kontrol dan Faktor Bebas
Pengukuran Kekasaran Permukaan
Pemilihan Orthogonal Array
Prediksi Performa Optimal
Eksperimen Konfirmasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
48
Gambar 21. Diagram Alir Penelitian
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
48
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Eksperimen
Qualitek-4 merupakan software yang digunakan dalam mengolah data hasil
eksperimen kedalam suatu bentuk statistik. Metode Taguchi menggunakan
Qualitek-4 untuk menganalisis data hasil eksperimen. Tabel 10 menunjukkan
desain eksperimen parameter dan level mennggunakan software Qualitek-4.
Tabel 10. Desain Eksperimen Parameter dan Level
Table 11 menunjukkan desain orthogonal array menggunakan software
Qualitek-4.
Tabel 11. Penelitian Taguchi Orthogonal Array L9(34)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Trial Condition 1 (Randomly selected order 7)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 2 (Randomly Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 3 (Randomly selected order 2)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 4 (Randomly selected order 3)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 5 (Randomly selected order 8)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 6 (Randomly selected order 4)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 7 (Randomly selected order 9)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 8 (Randomly selected order 6)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition Trial Condition 9 (Randomly selected order 1)Spindle Speed Feed Depth of Cut Cutting Condition
Qualitek-4 Project: DEMO-L09.Q4W User: fjr Date: 07
Trial Condition 1 (Randomly selected order 7) 500 rpm 1 0.07 mm/rev 1 0.5 mm 1 Dry 1
Trial Condition 2 (Randomly selected order 5) 500 rpm 1 0.12 mm/rev 2 1 mm 2 Oil 2
Trial Condition 3 (Randomly selected order 2) 500 rpm 1 0.17 mm/rev 3 1.5 mm 3 Dromus 3
Trial Condition 4 (Randomly selected order 3) 1500 rpm 2 0.07 mm/rev 1 1 mm 2 Dromus 3
Trial Condition 5 (Randomly selected order 8) 1500 rpm 2 0.12 mm/rev 2 1.5 mm 3 Dry 1
Trial Condition 6 (Randomly selected order 4) 1500 rpm 2 0.17 mm/rev 3 0.5 mm 1 Oil 2
Trial Condition 7 (Randomly selected order 9) 2500 rpm 3 0.07 mm/rev 1 1.5 mm 3 Oil 2
Trial Condition 8 (Randomly selected order 6) 2500 rpm 3 0.12 mm/rev 2 0.5 mm 1 Dromus 3
Trial Condition 9 (Randomly selected order 1) 2500 rpm 3 0.17 mm/rev 3 1 mm 2 Dry 1
L09.Q4W User: fjr Date: 07-28-2010
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Tabel 12. Hasil Pengukuran Kekasaran Permukaan
No. Replikasi I Replikasi II Replikasi III
Jumlah Rata-rata
Ra Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5 Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5 Ra1 Ra2 Ra3 Ra4 Ra5
1 2,36 2,44 2,28 2,34 2,64 2,10 2,24 2,13 2,45 2,40 2,67 2,16 2,38 2,19 2,22 35,00 2,33 2 0,43 0,52 0,55 0,47 0,42 0,52 0,65 0,56 0,52 0,45 0,49 0,56 0,56 0,53 0,50 7,73 0,52 3 1,45 1,24 1,47 1,16 1,48 1,37 1,17 1,41 1,55 1,47 1,54 1,24 1,19 1,54 1,23 20,51 1,37 4 0,52 0,44 0,48 0,48 0,54 0,46 0,59 0,55 0,53 0,52 0,42 0,40 0,55 0,53 0,59 7,60 0,51 5 0,73 0,77 0,77 0,78 0,75 0,70 0,74 0,61 0,73 0,81 0,73 0,68 0,70 0,79 0,72 11,01 0,73 6 0,65 0,65 0,68 0,62 0,67 0,72 0,68 0,63 0,65 0,63 0,73 0,61 0,68 0,67 0,58 9,85 0,66 7 0,47 0,59 0,56 0,46 0,46 0,52 0,58 0,45 0,59 0,46 0,49 0,50 0,61 0,60 0,44 7,78 0,52 8 0,46 0,47 0,40 0,38 0,45 0,42 0,46 0,47 0,40 0,44 0,41 0,46 0,40 0,43 0,42 6,47 0,43 9 0,83 0,84 0,80 0,69 0,72 0,83 0,69 0,70 0,70 0,74 0,69 0,74 0,87 0,69 0,71 11,24 0,75
50
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
51
B. Hasil Pengolahan Data
Tabel 13, 14, dan 15 menunjukkan respon kekasaran permukaan rata-rata
yang dihitung dengan menggunakan software Qualitek-4.
Tabel 13. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Spindle Speed
Tabel 14. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Feed, Depth of Cut dan
Cutting Condition
Tabel 15. Respon Kekasaran Rata-rata Keseluruhan Parameter
Parameter Level Selisih
(maks – min) Ranking
1 2 3
1. Spindle speed (rpm)
2. Feed (mm/rev)
3. Depth of Cut (mm)
4. Cutting Condition
1,41
1,12
1,14
1,27
0,63
0,56
0,59
0,56
0,57
0,92
0,87
0,77
0,84
0,56
0,55
0,71
1
3
4
2
Tabel 15 menunjukkan respon kekasaran permukaan keseluruhan
parameter, kecepatan putaran spindel (spindle speed) menempati peringkat yang
pertama. Kecepatan spindel (spindle speed) memiliki pengaruh yang paling besar
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
52
terhadap hasil kekasaran permukaan pada proses CNC milling. Besarnya
kontribusi pengaruh parameter pemesinan dapat diketahui dari analisis varian
rasio S/N (ANAVA Rasio S/N).
1. Analisis Varian (ANAVA Taguchi) Kekasaran Permukaan
Untuk mengetahui ada tidaknya pengaruh variasi kecepatan spindle,
kecepatan pemakanan, kedalaman pemakanan, dan cairan pendingin terhadap
tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type
ZK 7040, perlu dilakukan suatu pengujian statistik. Analisis varian dalam metode
Taguchi diaplikasikan sebagai metode statistik untuk menginterpretasikan data-
data hasil percobaan dan membantu mengidentifikasi pengaruh dari faktor,
sehingga akurasi perkiraan model dapat ditentukan. Metode Taguchi sudah
banyak digunakan pada penelitian sebelumnya, di antaranya: Optimasi Proses
Injeksi dengan Metode Taguchi (Wahyudi, Didik, 2001); Implementasi Metode
Taguchi pada Proses EDM dari Tungsten Karbida (Bilqiis, Falkhatun, Risma,
2010); Aplication of Taguchi Method in Optimizing Turning Parameter of
Titanium Alloy (Zaharim Azami, et al, 2008); Variasi Komposisi Bahan Genteng
Soka untuk Mendapatkan Daya Serap Air yang Optimal (Sartono, Putro, 2010);
Desain Eksperimen dengan Metode Taguchi (Soejanto Irwan, 2009). Analisis
varian dari kumpulan referensi jurnal penelitian dengan metode Taguchi tidak ada
yang memakai uji normalitas dan uji homogenitas. Analisis varian dalam
penelitian ini dihitung menggunakan software Qualitek. Tabel 16 menunjukkan
hasil analisis varian untuk data kekasaran permukaan, dengan software Qualitek.
Tabel 16. Analisis Varian (ANAVA).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
53
Berdasarkan rangkuman hasil Uji F untuk anava dua jalan pada Tabel 16
dapat diambil keputusan uji sebagai berikut:
a. Fobservasi = 50,338 dan dengan taraf signifikasi 1%, Ftabel = 6,01 sehingga
Fobservasi > Ftabel. Jadi kecepatan spindel berpengaruh secara signifikan
terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan
CNC milling type ZK 7040. Hipotesis pertama dapat diterima.
b. Fobservasi = 18,647 dan dengan taraf signifikasi 1%, Ftabel = 6,01 sehingga
Fobservasi > Ftabel. Jadi kecepatan pemakanan berpengaruh secara signifikan
terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan
CNC milling type ZK 7040. Hipotesis kedua dapat diterima.
c. Fobservasi = 17,501 dan dengan taraf signifikasi 1%, Ftabel = 6,01 sehingga
Fobservasi > Ftabel. Jadi kedalaman pemakanan berpengaruh secara signifikan
terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan
CNC milling type ZK 7040. Hipotesis ketiga dapat diterima.
d. Fobservasi = 30,77 dan dengan taraf signifikasi 1%, Ftabel = 6,01 sehingga
Fobservasi > Ftabel. Jadi cairan pendingin berpengaruh secara signifikan
terhadap tingkat kekasaran material baja ST 40 hasil proses pemesinan
CNC milling type ZK 7040. Hipotesis keempat dapat diterima.
2. Prediksi Nilai Kekasaran Permukaan
Prediksi nilai kekasaran optimum dilakukan untuk mengetahui perkiraan
nilai kekasaran permukaan rata-rata yang mungkin bisa dicapai dari hasil
eksperimen. Penghitungan nilai prediksi sebagai berikut:
�������� = �� + (A���� − ��) + (B���� − ��) + (C���� − ��) + (D����� − ��)
=A���� + B���� + C���� + D����� − 3y�
= 0,57 + 1,12+ 1,14 + 0,56 – 3x0,88
= 0,75 µm
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
54
3. Interval Kepercayaan Kekasaran Permukaan Rata-rata
���� = ���� ℎ "#" � $%&'$()�$�1 + ���� ℎ +$( � " %$,$, & � '$(%)( � ( " − ( "
���� = 9.31 + 8 = 3
r = jumlah replikasi
0� = ±23(4,4�;�;�7).89�. : 1����;
0� = ±26,01.0,013. >13?
= ± 0,16
Interval kepercayaan untuk kekasaran permukaan rata-rata adalah:
Ra prediksi - CI ≤ Ra prediksi ≤ Ra prediksi + CI
0,75 – 0,16 ≤ 0,75 ≤ 0,75 + 0,16
0,59 ≤ 0,75 ≤ 0,91
Didapat kekasaran optimal dari parameter proses proses CNC milling type
ZK 7040 pada material baja ST 40, yaitu pada Interval kekasaran
permukaan = 0,75 ± 0,16 µm.
4. Analisis Signal to Noise Ratio (Rasio S/N)
Penggunaan rasio S/N adalah sebagai kriteria pemilihan parameter yang
meminimumkan “error variance” yaitu variansi yang disebabkan oleh faktor-
faktor yang tidak dapat dikendalikan. Selain itu, rasio S/N juga digunakan untuk
memilih faktor-faktor yang memiliki kontribusi pada pengurangan variansi suatu
respon. Untuk mendapatkan rasio S/N dari desain parameter, Taguchi
menggunakan ANAVA (analisis varian) untuk memperkirakan rasio S/N untuk
mengidentifikasi setting parameter kontrol yang akan menghasilkan performansi
yang kokoh (robust), sehingga dapat juga untuk menentukan kondisi yang
optimal. Karakter kualitas yang diaplikasikan untuk kekasaran permukaan adalah
“smaller the better”.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
55
Tabel 17, 18, 19, dan 20 menunjukkan respon kekasaran permukaan rata-
rata rasio S/N yang dihitung dengan menggunakan software Qualitek-4.
Tabel 17. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Spindle Speed
Tabel 18. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Feed
Tabel 19. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Depth of Cut dan
Cutting Condition
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
56
Tabel 20. Respon Kekasaran Permukaan Rata-rata Rasio S/N Keseluruhan
Parameter
Parameter Level Selisih
(maks – min) Ranking
1 2 3
1. Spindle speed (rpm)
2. Feed (mm/rev)
3. Depth of Cut (mm)
4. Cutting Condition
-1,48
1,37
1,18
-0,75
4,05
5,22
3,67
5,00
5,13
1,12
1,84
3,46
6,61
4,10
2,44
5,75
1
3
4
2
Tabel 20 menunjukkan respon kekasaran permukaan rata-rata rasio S/N
untuk keseluruhan parameter, kecepatan putaran spindel (spindle speed)
menempati peringkat yang pertama, kondisi pemotongan (cutting condition)
menempati peringkat kedua, dan diikuti parameter yang lain. Kecepatan spindel
(spindle speed) memiliki pengaruh yang paling besar terhadap hasil kekasaran
permukaan pada proses milling.
5. Analisis Varian Taguchi (ANAVA Taguchi) Rasio S/N Kekasaran
Permukaan
Tabel 21 di bawah ini menunjukkan hasil analisis varian untuk data
kekasaran permukaan, yang dihitung menggunakan software Qualitek-4.
Tabel 21. Analisis Varian (ANAVA) Rasio S/N Kekasaran Permukaan
Tabel 21 menunjukkan hasil perhitungan Anava rasio S/N dengan
persentase kontribusi dari masing-masing faktor. Faktor kecepatan spindel
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
57
(spindle speed) memiliki persentase kontribusi sebesar 41,785%; kondisi
pemotongan (cutting condition) memiliki persentase kontribusi sebesar 29,462%;
kecepatan pemakanan (feed) memiliki persen kontribusi sebesar 17,414%; dan
kedalaman pemakanan (depth of cut) memiliki persentase kontribusi paling kecil
yaitu 11,337%.
6. Prediksi Nilai Rasio S/N Kekasaran Permukaan
Prediksi nilai optimal rasio S/N kekasaran permukaan hasil proses milling
9/A '($+)%&) = μC���� + μD���� + μ0���� + μE���� − 3μ��
= (4,05) + 1,37 + 1,18 + 5 – 3x 2,57
= 3,89 db.
7. Interval Kepercayaan Rasio S/N Kekasaran Permukaan
���� = ���� ℎ "#" � $%&'$()�$�1 + ���� ℎ +$( � " %$,$, & � '$(%)( � ( " − ( "
���� = 9.31 + 8 = 3
r = jumlah replikasi
0� = ±23(4,4�;�;�7).89�. : 1����;
0� = ±26,01.0,95. >13?
= ± 1,38
Interval kepercayaan untuk rasio S/N kekasaran permukaan adalah:
S/N prediksi - CI ≤ S/N prediksi ≤S/N prediksi + CI
3,89 – 1,38 ≤ 3,89 ≤ 3,89 + 1,38
2,51 ≤ 3,89 ≤ 5,27
Interval rasio S/N = 3,89 ± 1,38 dB
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
58
C. Interpretasi Hasil Eksperimen
Tabel 15 dan Tabel 20 diubah ke dalam bentuk grafik, sehingga akan
memudahkan untuk melakukan analisis hasil. Analisis grafik untuk masing-
masing parameter pemotongan dan pengaruh masing-masing level pada masing-
masing faktor dapat dilihat pada Gambar 22 berikut.
1. Kecepatan Spindel (spindle speed)
Gambar 22. Pengaruh kecepatan spindel terhadap kekasaran permukaan dan rasio
S/N
Gambar 22 menunjukkan nilai kekasaran permukaan semakin menurun
(halus) seiring dengan meningkatnya kecepatan spindel, hal ini karena dengan
semakin besar kecepatan spindel maka gesekan yang terjadi antara permukaan
benda kerja dan pahat akan lebih cepat sehingga permukaannya akan menjadi
lebih halus. Dipandang dari segi getaran mesin, ternyata pada kecepatan tinggi
kondisi mesin masih tetap stabil (tool holder dan konstruksi mesin). Hal ini
terbukti ketika mesin bekerja getaran mesin tidak begitu besar, dan waktu
dilakukan pengecekan posisi insert ternyata masih terpasang dengan baik (tidak
kendur). Pada Gambar 12 ditunjukkan hasil permukaan proses pemesinan (a)
dengan kecepatan 500 rpm, (b) kecepatan 1500 rpm, (c) kecepatan 2500 rpm.
Hasil terbaik adalah proses pemesinan dengan kecepatan 2500 rpm (c).
00,20,40,60,8
11,21,41,6
500 rpm 1500 rpm2500 rpm
keka
sara
n (µ
m)
Spindle Speed
-2
0
2
4
6
500 rpm 1500 rpm 2500 rpm
Ra
sio
S/N
(d
B)
Spindle Speed
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
59
2. Kecepatan Pemakanan (Feed)
Gambar 23. Pengaruh kecepatan pemakanan terhadap kekasaran permukaan dan
rasio S/N
Gambar 23 menunjukkan bahwa kecepatan pemakanan terbaik berada
pada level kedua yaitu 0,12 mm/rev. Dengan kecepatan pemakanan yang besar
maka pergerakan pahat untuk melakukan pemakanan pada permukaan benda kerja
akan semakin besar, sehingga akan meninggalkan alur pengerjaan yang besar dan
akan semakin kasar. Dengan gerak pemakanan pahat yang rendah maka proses
pemakanan akan meninggalkan bekas yang cenderung mengikuti gerak pahat. Jika
gerak pemakanan terlalu besar maka akan meninggalkan alur pengerjaan yang
besar yang membentuk suatu tekstur permukaan. Berdasarkan data informasi
rekomendasi pahat, telah dicantumkan nilai rekomendasi yang mungkin bisa
dipakai dan nilai pada level yang kedua ini (0,12 mm/rev) adalah nilai yang
optimal, karena rata-rata dari nilai terendah dan nilai tertinggi yang
direkomendasikan.
00,20,40,60,8
11,21,41,6
0,07 mm/rev0,12 mm/rev0,17 mm/rev
keka
sara
n (µ
m)
Feed
0
1
2
3
4
5
6
0,07 mm/rev 0,12 mm/rev 0.17 mm/rev
Ra
sio
S/N
(d
B)
Feed
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
60
3. Kedalaman Pemakanan (Depth of Cut)
Gambar 24. Pengaruh kedalaman pemakanan terhadap kekasaran permukaan dan
rasio S/N
Gambar 24 menunjukkan bahwa kedalaman pemakanan (depth of cut)
yang terbaik yang menghasilkan nilai kekasaran permukaan yang terbaik adalah
pada level kedua (1 mm). Kedalaman pemakanan berkaitan dengan pembentukan
beram. Jika kedalaman pemakanan rendah, maka beram yang dihasilkan bentuk
permukaannya ada sisi seperti serabut, dengan kata lain permukaan benda kerja
akan kasar karena adanya sisa proses pemesinan yang tertinggal. Kemungkinan
lain adalah struktur material benda kerja yang mengalami porositas (rongga),
sehingga pada kedalaman pemakanan yang rendah saat selesai proses pemesinan
terdapat sisa rongga dan saat dilakukan pengukuran maka hal ini akan
mempengaruhi hasil pengukuran. Jika kedalaman terlalu besar, maka hal ini akan
menghasilkan beram yang tebal dan akan menyebabkan getaran pahat yang besar
serta keausan pahat akan cepat terjadi sehingga permukaan menjadi kasar. Getaran
ini kemungkinan akan menyebabkan baut pengunci insert menjadi kendur dan
akhirnya bisa mempengaruhi kualitas permukaan. Hasil permukaan terbaik
ditunjukkan pada kedalaman pemakanan level kedua (1 mm).
00,20,40,60,8
11,21,41,6
0,5 mm 1,0 mm 1,5 mm
keka
sara
n (µ
m)
Depth of Cut (mm)
DoC
0
1
2
3
4
5
0,5 mm 1,0 mm 1,5 mm
Ra
sio
S/N
(d
B)
Depth of Cut (mm)
DoC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
61
4. Kondisi Pemotongan (Cutting Condition)
Gambar 25.Pengaruh kondisi pemotongan terhadap kekasaran permukaan dan
rasio S/N
Gambar 25 menunjukkan bahwa dengan menggunakan minyak akan
mendapat kekasaran permukaan paling kecil, dan pada kondisi kering yang
menghasilkan kekasaran permukaan paling besar. Hal ini dikarenakan dengan
menggunakan cairan pendingin, gesekan antara permukaan benda kerja dan pahat
akan berkurang dikarenakan adanya sifat pelumasan pada cairan pendingin yang
membentuk lapisan film yang melindungi permukaan benda kerja dan pahat, dan
sifat pelumasan yang paling besar dimiliki oleh minyak, sehingga hipotesis
terbukti. Minyak termasuk fluida pemotongan dengan jenis sintetis yang memiliki
viskositas yang lebih besar dibanding yang lain (dromus), sehingga minyak bisa
menimbulkan lapisan film yang bisa mengurangi kekasaran permukaan. Selain itu,
minyak juga memiliki konduktivitas termal yang baik (rendah), sehingga
deformasi yang bisa mempengaruhi kekasaran permukaan akibat perubahan
temperatur bisa diminimalkan. Cairan pendingin juga berfungsi sebagai pengatur
temperatur pemotongan, sehingga selalu konstan dan membersihkan permukaan
benda hasil pemotongan dari sisa beram yang dapat merusak permukaan hasil
pemotongan.
00,20,40,60,8
11,21,41,6
dry minyak nabati
dromus
keka
sara
n (µ
m)
Cutting Condition
-2-10123456
dry minyak nabati
dromus
Ra
sio
S/N
(d
B)
Cutting Condition
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
62
D. Pembahasan dan Analisis Hasil Eksperimen
1. Analisis Hasil Kekasaran Permukaan
Berdasarkan grafik respon kekasaran permukaan hasil eksperimen yang
dilakukan diketahui kondisi optimumnya yaitu pada kecepatan putaran spindel
2500rpm; kecepatan pemakanan 0,12 mm/rev; kedalaman pemakanan 1 mm; dan
menggunakan pendingin minyak, hasil tersebut sama dengan penghitungan
menggunakan software Qualitek yang dapat dilihat pada Tabel 22 di bawah.
Tabel 22. Kondisi Optimum dan Performansi
Kondisi optimum menghasilkan kekasaran rata-rata untuk eksperimen
konfirmasi yang dapat dilihat pada Tabel 23 di bawah.
Tabel 23. Hasil Pengukuran Ra Optimum
Pengukuran Titik pengukuran Ra
Rata-rata
Replikasi
Mean Rasio
S/N 1 2 3 4 5
1. 0,75 0,70 0,65 0,78 0,76 0,73
0,72 2,84 2. 0,71 0,81 0,69 0,73 0,68 0,72
3. 0,72 0,75 0,72 0,65 0,72 0,71
2. Eksperimen Konfirmasi Rata-rata Kekasaran Permukaan
0� = ±23(4,4�;�;�7).89�. : 1���� + 1(;
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
63
���� = ���� ℎ "#" � $%&'$()�$�1 + ���� ℎ +$( � " %$,$, & � '$(%)( � ( " − ( "
���� = 9.31 + 8 = 3
r = jumlah replikasi
Untuk nilai F(0,01;2;18) diambil dari tabel Appendiks lampiran 10 dengan toleransi
error sebesar 1% = 6,01.
0� = ±26,01.0,013. >13 + 13?
= ± 0,23 µm
Interval kepercayaan untuk rata-rata kekasaran permukaan adalah:
Rakonfirmasi - CI ≤ Rakonfirmasi ≤ Rakonfirmasi + CI
0,72 – 0,23 ≤ Ra konfirmasi ≤0,72 + 0,23
0,49 ≤ Ra konfirmasi ≤ 0,95
3. Eksperimen Konfirmasi Rasio S/N
0� = ±23(4,4�;�;�7).89�. : 1���� + 1(;
���� = ���� ℎ "#" � $%&'$()�$�1 + ���� ℎ +$( � " %$,$, & � '$(%)( � ( " − ( "
���� = 9.31 + 8 = 3
r = jumlah replikasi
0� = ±26,01.0,95. >13 + 13?
= ± 1,95 db
Interval kepercayaan untuk rasio S/N (variabilitas) adalah:
S/Nkonfirmasi - CI ≤ S/Nkonfirmasi ≤S/Nkonfirmasi + CI
2,84 – 1,95 ≤ S/N konfirmasi ≤ 2,84 + 1,95
0,89 ≤ S/N konfirmasi ≤ 4,79
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
64
Tabel 24. Interpretasi Hasil Eksperimen Konfirmasi dan Eksperimen Taguchi
Respon (kekasaran permukaan) Prediksi Optimasi
Eksperimen
Taguchi
Rata-rata (µm) 0,75 0,75 ± 0,16
Rasio S/N (dB) 3,89 3,89 ± 1,38
Eksperimen
konfirmasi
Rata-rata (µm) 0,72 0,72 ± 0,23
Rasio S/N (dB) 2,84 2,84 ± 1,95
Tabel 24 menunjukkan perbandingan nilai eksperimen Taguchi dan hasil
eksperimen konfirmasi benda hasil proses milling dengan mesin CNC berada pada
daerah toleransi yang diperbolehkan.
Interpretasi hasil eksperimen konfirmasi dan eksperimen Taguchi
menunjukkan nilai kekasaran optimal proses pemesinan CNC milling type ZK
7040 yaitu: 0,72 ± 0,23.
Eksperimen Taguchi dan eksperimen konfirmasi mengalami penurunan
pada rata-rata dan rasio S/N (variabilitasnya). Hal ini membuktikan bahwa
kombinasi parameter optimal dari eksperimen yang dilakukan mengalami
penurunan nilai kekasaran permukaan, dengan kata lain kualitas permukaan yang
dihasilkan semakin halus sesuai dengan karakter kualitas yang diinginkan
“smaller the better” yang berarti semakin kecil semakin baik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user 65
BAB V
SIMPULAN, IMPLIKASI DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian dengan mengacu pada perumusan masalah,
maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Ada perbedaan pengaruh yang sangat signifikan pada taraf signifikansi 1 % yaitu
pada variasi kecepatan spindel terhadap besarnya nilai kekasaran material baja ST
40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040. Ini dapat dilihat pada
hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobs = 50,338 lebih besar daripada
Ftabel = 6,01 (Fobs > Ft).
2. Ada perbedaan pengaruh yang sangat signifikan pada taraf signifikansi 1 % yaitu
pada variasi kecepatan pemakanan terhadap besarnya nilai kekasaran material
baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040. Ini dapat dilihat
pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobs = 18,647 lebih besar
daripada Ftabel = 6,01 (Fobs > Ft).
3. Ada perbedaan pengaruh yang sangat signifikan pada taraf signifikansi 1 % yaitu
pada variasi kedalaman pemakanan terhadap besarnya nilai kekasaran material
baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040. Ini dapat dilihat
pada hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobs = 17,501 lebih besar
daripada Ftabel = 6,01 (Fobs > Ft).
4. Ada perbedaan pengaruh yang sangat signifikan pada taraf signifikansi 1 % yaitu
pada variasi cairan pendingin terhadap besarnya nilai kekasaran material baja ST
40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040. Ini dapat dilihat pada
hasil uji analisis data yang menyatakan bahwa Fobs = 30,77 lebih besar daripada
Ftabel = 6,01 (Fobs > Ft).
5. Parameter yang menghasilkan nilai kekasaran optimal pada proses pemesinan
CNC milling type ZK 7040 pada material baja ST 40, dengan menggunakan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
66
metode Taguchi adalah kecepatan spindle 2500 rpm; kecepatan pemakanan 0,12
mm/rev; kedalaman pemakanan 1 mm; dan menggunakan cairan pendingin jenis
minyak.
B. Implikasi
Berdasarkan hasil penelitian yang didukung oleh landasan teori yang telah
dikemukakan, tentang pengaruh kecepatan pemakanan, kecepatan spindle, dan
kedalaman pemakanan terhadap tingkat kekasaran permukaan pada material baja ST
40 hasil proses pemesinan CNC milling type ZK 7040, dapat diterapkan ke dalam
beberapa implikasi yang dapat dikemukakan sebagai berikut:
1. Implikasi Teoritis
Hasil optimasi parameter dengan metode Taguchi dalam penelitian ini jika
ada tuntutan kekasaran 0,72 ± 0,18 µm kita dapat menggunakan parameter pemesinan
pada kondisi kecepatan putaran spindel 2500 rpm, kecepatan pemakanan sebesar 0,12
mm/rev, kedalaman pemakanan 1 mm, dan kondisi pemotongan dengan
menggunakan fluida pemotongan jenis minyak.
2. Implikasi Praktis
Rekayasa kualitas secara off-line adalah aktivitas pengendalian kualitas pada
fase perencanaan produk, desain, dan rekayasa produk. Metode Taguchi digunakan
untuk memperbaiki kualitas produk dan proses dalam waktu yang bersamaan
menekan bianya dan sumber seminimal mungkin. Hasil optimasi parameter dengan
metode Taguchi dapat digunakan sebagai bahan pertimbangan operator atau
programer dalam menentukan rekomendasi kombinasi level kecepatan pemakanan
dan kecepatan spindel untuk mendapatkan tingkat kekasaran yang optimal.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
67
C. Saran
1. Optimasi parameter pemesinan untuk penelitian sejenis sangat baik kalau
dianalisis faktor-faktor atau variabel-variabel lain yang mempengaruhi tingkat
kekasaran permukaan pada material baja ST 40 hasil proses pemesinan CNC
milling type ZK 7040.
2. Penelitian ini masih bisa dikembangkan lagi dengan cara menambah variabel
bebasnya seperti variasi pendingin, variasi jumlah mata sayat pahat, bahan pahat
dan bahan benda kerja.