Mesin Frais

A. Definisi Mesin Frais

Proses pemesinan frais (milling) adalah proses penyayatan benda kerja menggunakan alat potong dengan mata potong jamak yang berputar. Proses penyayatan dengan gigi potong yang banyak yang mengitari pisau ini bisa menghasilkan proses pemesinan lebih cepat. Permukaan yang disayat bisa berbentuk datar, menyudut, atau melengkung. Permukaan benda kerja bisa juga berbentuk kombinasi dari beberapa bentuk. Mesin (Gambar 1.) yang digunakan untuk memegang benda kerja, memutar pisau, dan penyayatannya disebut Mesin Frais (Milling Machine).

Gambar 1. Skematik dari gerakan-gerakan dan komponen-komponen dari (a) Mesin Frais vertical tipe column and knee, dan (b) Mesin Frais horizontal tipe column and knee.

Mesin Frais (Gambar 2) ada yang dikendalikan secara mekanis (konvensional manual) dan ada yang dengan bantuan CNC. Mesin konvensional manual posisi spindelnya ada dua macam yaitu horizontal dan vertical. Sedangkan Mesin Frais dengan kendali CNC hampir semuanya adalah Mesin Frais vertical.

Gambar 2. Mesin Frais turret vertical horizontal.

B. Jenis Mesin Frais

Mesin frais dapat dibedakan :

1. Ditinjau dari bentuknya
 a. Mesin frais mendatar atau mesin frais rata (horisontal).

Gambar 3 Horizontal Milling

Mesin frais ini mempunyai konstruksi perkakas potong (milling cutter) yang terpasang pada poros spindel dengan posisi horisontal/mendatar.

b. Mesin frais tegak (vertikal)

Gambar 4 Vertizal milling
 

Mesin frais ini mempunyai konstruksi perkakas potong (milling cutter) yang terpasang pada poros spindel dengan posisi tegak lurus terhadap meja. Mesin frais ini digunakan untuk mengefrais sisi , frais muka, frais ujung, alur, celah, bentuk melingkar, bentuk bertingkat dan sebagainya.

c. Mesin frais universal

Gambar 5 universal milling
 

Mesin frais ini dapat dioperasikan sebagai mesin frais horisontal maupun vertikal, digunakan untuk pekerjaan yang mempunyai keragaman (kompleksitas) tinggi. Posisi spindel dapat diubah menjadi horisontal maupun vertikal. Hampir semua pekerjaan dapat dilakukandengan mesin frais ini. Salah satu kelebihannya adalah meja mesin yang dapat digerakkan secara manual maupun otomatis.

2. Ditinjau dari cara kerjanya

a. Mesin frais plain (plain type milling machine)

b. Mesin frais inuversal

3. Ditinjau dari desainnya

a. Mesin frais meja

Mesin frais ini termasuk mesin frais produksi yang dapat mengerjakan benda kerja dengan hasil yang sama (seragam) dalam jumlah banyak.

b. Mesin frais lutut dan tiang (column and knee milling machine)

Mesin frais ini paling banyak digunakan, seperti dibengkel, karena peralatannya lebih fleksibel digunakan pada berbagai kondisi pemotongan. Bagian utamanya adalah tiang dimana dipasang lutut yang dapat digerakkan naik turun.

4. Ditinjau dari pekerjaan spesialnya.

a. Mesin frais copy.

b. Mesin frais untuk membuat roda-roda gigi yang besar.



C. Cara Kerja Mesin Frais

Prinsip kerja mesin frais adalah gerak potong dilakukan oleh pahat yang berasal dari putaran spindel dan gerak makan oleh benda kerja yang berasal dari gerakan meja kerja secara translasi sebagai pembawa benda kerja.

Untuk lebih jelas dapat dilihat di video berikut :

D.Bagian-bagian Utama Mesin Frais

1. Head

Merupakan tempat mekanisme motor penggerak terpasang untuk menggerakkan spindel.

Gambar 6 Head

2. Spindel

Gambar 7 spindle 

Merupakan bagian yang menggerakkan arbor (tempat mata pahat/cutter).

3. Arbor (poros tempat cutter/pahat frais)

 Gambar 8 arbor

Arbor digunakan untuk mencekan pahat frais yang terpasng pada sumbu utama. Arbor juga disebut poros frais, berfungsi sebagai tempat kedudukan pisau frais dan ditempatkan pada sumbu mesin. Bentuknya panjang dan sepanjang badannya diberi alur spie (pasak), pada ujungnya berbentuk tirus dan ujung lainnya berulir, dilengkapi ring penekan (collar). Arbor juga dibuat dengan bentuk yang pendek untuk pengikatan pisau-pisau frais sisi. Ukurannya sesuai dengan standar lubang pisau frais, misalnya 22, 27, dan 23 mm atau 7/8 inch, 1 inch, dan 11/4 inch. Arbor dibuat dari baja paduan yang tahan puntiran dan bengkokan.

Gambar 9. Macam Macam Arbor

4. Arbor support

Merupakan bagian dimana mata potong dan arbor terpasang.

Gambar 10 arbor support

5. Column

Column berfungsi untuk menyokong dan menuntun knee saat bergerak vertikal.

Gambar 11 column

6. Knee

Merupakan bagian yang terapsang pada column, tempat mekanisme (transmisi penggerak) pengaturan pemakanan (feed) dan menopang saddle.

7. Saddle

Gambar 12 bagian lain mesin frais

Saddle terpasang pada knee yang bergerak keluar masuk ke arah operator secara manual dengan mengatur handwheel maupun secara otomatis. Saddle digunakan untuk menopang meja.

8. Feed dial

Feed dial digunakan untuk mengatur gerakan meja saat pemakanan.

9. Crossfeed handwhell

Crossfeed handwhell digunakan unruk menggerakkan meja (bed) secara hroisontal di depan column.

10. Base

Merupakan landasan mesin yang terletak menyatu dengan lantai. Base juga berfungsi sebagai reservoir (penampung fluida pendingin)

11. Kepala pembagi

Benda kerja dapat dipasang antara dua senter, satu senter dipasang dalam lubang dalam spindel kepala pembagi dan senter lainnya dipasang pada kepala lepas.

Gambar 13. Kepala Pembagi

12. Kepala lepas

Kepala lepas digunakan untuk menahan benda kerja yang panjang, kepala lepas sebagai salah satu senter pada mesin frais.

Gambar 14. kepala lepas

13. Meja putar

Untuk mesin frais tegak, meja putar digunakan sebagai kepala pembaginya. Pada alat ini dibuat alur T untuk mencekam benda kerja dengan baut jepit.

14. Ragum (tanggem penjepit/facing fixture vise)

Ragum digunakan untuk menjepit benda kerja. Macam-macam ragum antara lain :

a. Ragum datar (ragum lurus)

Rangkanya dibuat dari besi tuang dengan rahang pengragum dari baja perkakas yang disepuh.

b. Ragum pelat (ragum dengan bibir pemegang)

Ragum pelat dibuat lebih kuat dari ragum biasa. Ragum ini sangat cocok untuk mesin yang besar dan pekerjaan berat.

c. Ragum universal sudut (ragum dapat diputar)

Ragum universal sudut dapat diputar dalam arah horizontal dan vertical sebesar sudut (derajat) tertentu.

d. Ragum busur

Ragum di mana pada alas ragum terdapat skala indeks sudut.

Gambar 15. macam-macam ragum

D. Macam-Macam Pisau Frais

1. Pisau frais aksial (axial)

Pisau frais aksial digunakan unrtuk memotong rata dan sejajar dengan putaran arbor.

Gambar 16 pisau frais aksial

2. Pisau frais radial

Pisau frais radial digunakan untuk mengefrais permukaan menyudut terhadap putaran arbor.

Gambar 17 pisau frais radial

3. Pisau frais profil

Pisau frais profil digunakan untuk membuat bentuk yang berjari-jari (concave, convex, corner rounding).

Gambar 18. pisau frais profil

4. Pisau frais special

a. Pisau frais alur T (tee)

Gambar 19. pisau frais alur T (tee)

b. Pisau frais ekor burung

Gambar 20 pisau frais ekor burung

c. Pisau frais alur pasak

Gambar 21. Pisau frais alur pasak

d. Pisau frais bilah

e. Pisau frais gergaji (slitting saws)

f. Pisau frais pasangan (inserted tool cutter)

g. Pisau frais jari (end mill cutter)

Gambar 22. pisau frais jari (end mill cutter)

E. Pemasangan Pisau Frais

1. Perbedaan putaran pisau

Ada dua jenis pisau frais berdasarkan putarannya. Pisau kanan jika pemakanan pisau searah jarum jam. Pisau kiri jika pemakanan pisau berlawanan arah jarum jam.

2. Penyetelan

a. Pisau frais

Pisau frais mempunyai lubang ditengahnya untuk penyetelan pada arbor atau pemegang lainnya yang akan mengikat langsung ke sumbu mesin. Untuk itu, sumbu utama mesin dibuat berlibang tirus (sebagai pengikat yang tidak mudah lepas dan mudah dikeluarkan kembali).

b. Cara pemasangan pisau yang lain

1. Tangkai tirus pisau jari dan beberapa pisau lainnya sering dibuat dengan standar tangkai tirus, umumnya menggunakan seri ketirusan Morse, Brown dan Sharpe.
2. Tangkai lurus biasanya pada pisau-pisau berukuran kecil, pengikatnya pada mesin frais menggunakan alat pemegang bor kepala lurus dan alat pemegang bagian tirusnya diikatkan pada sumbu mesin. 
3. Pemegang pisau sisi

Pemegang pisau sisi telah distandarisasi. Pisau sisi dapat diikatkan pada bagian belakangnya kemudian diikat dengan mengencangkan mur pengunci. 

     

      4. Quick Taper

Merupakan pengembangan alat pemegang pisau dengan ketirusan besar untuk memudahkan melepas kembali pisau frais.

      5. Spring Collet Chuck

Digunakan untuk mencekam pahat frais, khususnya pada pembuatan lubang dan taper.




F. Klasifikasi Proses Frais

Proses frais dapat diklasifikasikan dalam tiga jenis. Klasifikasi ini berdasarkan jenis pisau, arah penyayatan, dan posisi relatif pisau terhadap benda kerja (Gambar 14).

Gambar 23. Tiga klasifikasi proses frais : (a) Frais periperal (slab milling), (b) frais muka (face milling), dan (c) frais jari (end milling).

1. Frais Periperal (Slab Milling)

Proses frais ini disebut juga slab milling, permukaan yang difrais dihasilkan oleh gigi pisau yang terletak pada permukaan luar badan alat potongnya. Sumbu dari putaran pisau biasanya pada bidang yang sejajar dengan permukaan benda kerja yang disayat.

2. Frais Muka (Face Milling)

Pada frais muka, pisau dipasang pada spindel yang memiliki sumbu putar tegak lurus terhadap permukaan benda kerja. Permukaan hasil proses frais dihasilkan dari hasil penyayatan oleh ujung dan selubung pisau.

3. Frais Jari (End Milling)

Pisau pada proses frais jari biasanya berputar pada sumbu yang tegak lurus permukaan benda kerja. Pisau dapat digerakkan menyudut untuk menghasilkan permukaan menyudut. Gigi potong pada pisau terletak pada selubung pisau dan ujung badan pisau.


G. Metode Proses Frais

Metode proses frais ditentukan berdasarkan arah relatif gerak makan meja Mesin Frais terhadap putaran pisau (Gambar 15.). Metode proses frais ada dua yaitu frais naik dan frais turun.

Gambar 24. (a)Frais naik (up milling) dan (b) frais turun (down milling).

1. Frais Naik (Up Milling)

Frais naik biasanya disebut frais konvensional (conventional milling). Gerak dari putaran pisau berlawanan arah terhadap gerak makan meja Mesin Frais (Gambar 15.). Sebagai contoh, pada proses frais naik apabila pisau berputar searah jarum jam, benda kerja disayat ke arah kanan. Penampang melintang bentuk beram (chips) untuk proses frais naik adalah seperti koma diawali dengan ketebalan minimal kemudian menebal. Proses frais ini sesuai untuk Mesin Frais konvensional/manual, karena pada mesin konvensional backlash ulir transportirnya relatif besar dan tidak dilengkapi backlash compensation.

2. Frais Turun (Down Milling)

Proses frais turun dinamakan juga climb milling. Arah dari putaran pisau sama dengan arah gerak makan meja Mesin Frais. Sebagai contoh jika pisau berputar berlawanan arah jarum jam, benda kerja disayat ke kanan. Penampang melintang bentuk beram (chips) untuk proses frais naik adalah seperti koma diawali dengan ketebalan maksimal kemudian menipis. Proses frais ini sesuai untuk Mesin Frais CNC, karena pada mesin CNC gerakan meja dipandu oleh ulir dari bola baja, dan dilengkapi backlash compensation. Untuk Mesin Frais konvensional tidak direkomendasikan melaksanakan proses frais turun, karena meja Mesin Frais akan tertekan dan ditarik oleh pisau.

Proses pemesinan dengan Mesin Frais merupakan proses penyayatan benda kerja yang sangat efektif, karena pisau frais memiliki sisi potong jamak. Apabila dibandingkan dengan pisau bubut, maka pisau frais analog dengan beberapa buah pisau bubut (Gambar 5.). Pisau frais dapat melakukan penyayatan berbagai bentuk benda kerja, sesuai dengan pisau yang digunakan. Proses meratakan bidang, membuat alur lebar sampai dengan membentuk alur tipis bisa dilakukan oleh pisau frais (Gambar 16.).

Gambar 25. Pisau frais identik dengan beberapa pahat bubut.

Gambar 26. Berbagai jenis bentuk pisau frais untuk Mesin Frais horizontal dan vertical.

REFERENSI :

http://harisyahptm.blogspot.sg/2014/05/mesin-frais.html

https://www.scribd.com/doc/233421455/Makalah-Proses-Produksi-Mesin-Milling