frais

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).

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

b.      Mesin frais tegak (vertikal)

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

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 unuversal

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.      Bagian-bagian Utama Mesin Frais

1.      Head

Merupakan tempat mekanisme motor penggerak terpasang untuk menggerakkan spindel.

2.      Spindel

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

3.      Arbor (poros tempat cutter/pahat frais)

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 3. Arbor

4.      Arbor support

Merupakan bagian dimana mata potong dan arbor terpasang.

5.      Column

Column berfungsi untuk menyokong dan menuntun knee saat bergerak vertikal.

6.      Knee

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

7.      Saddle

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 4. Kepala Pembagi

12.  Kepala lepas

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

Gambar 5. 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 6. 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 7. pisau frais aksial

2.      Pisau frais radial

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

Gambar 8. pisau frais radial

3.      Pisau frais profil

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

Gambar 9. pisau frais profil

4.      Pisau frais special

a.       Pisau frais alur T (tee)

Gambar 10. pisau frais alur T (tee)

b.      Pisau frais ekor burung

Gambar 11. pisau frais ekor burung

c.       Pisau frais alur pasak

Gambar 12. 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 13. 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 14. 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 15. (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 15. Pisau frais identik dengan beberapa pahat bubut.

Gambar 16. Berbagai jenis bentuk pisau frais untuk Mesin Frais horizontal dan vertical.

H.      Jenis Mesin Frais

Mesin Frais yang digunakan dalam proses pemesinan ada tiga jenis, yaitu :

1.      Column and knee milling machines

2.      Bed type milling machines

3.      Special purposes

Mesin jenis column and knee dibuat dalam bentuk Mesin Frais vertical dan horizontal (lihat Gambar 17.). Kemampuan melakukan berbagai jenis pemesinan adalah keuntungan utama pada mesin jenis ini. Pada dasarnya pada mesin jenis ini meja (bed), sadel, dan lutut (knee) dapat digerakkan. Beberapa asesoris seperti cekam, meja putar, kepala pembagi menambah kemampuan dari Mesin Frais jenis ini. Walaupun demikian mesin ini memiliki kekurangan dalam hal kekakuan dan kekuatan penyayatannya. Mesin Frais tipe bed (bed type) memiliki produktivitas yang lebih tinggi dari pada jenis Mesin Frais yang pertama. Kekakuan mesin yang baik, serta tenaga mesin yang biasanya relatif besar, menjadikan mesin ini banyak digunakan pada perusahaan manufaktur (Gambar 17.). Mesin Frais tersebut pada saat ini telah banyak yang dilengkapi dengan pengendali CNC untuk meningkatkan produktivitas dan fleksibilitasnya.

 

Gambar 17. Mesin Frais tipe bed.                Gambar 18. Mesin Frais tipe

      column and knee

Produk pemesinan di industri pemesinan semakin kompleks, maka Mesin Frais jenis baru dengan bentuk yang tidak biasa telah dibuat. Mesin Frais tipe khusus ini (contoh pada Gambar 19.), biasanya digunakan untuk keperluan mengerjakan satu jenis penyayatan dengan produktivitas/duplikasi yang sangat tinggi. Mesin tersebut misalnya Mesin Frais profil, Mesin Frais dengan spindel ganda (dua, tiga, sampai lima spindel), dan Mesin Frais planer. Dengan menggunakan Mesin Frais khusus ini maka produktivitas mesin sangat tinggi, sehingga ongkos produksi menjadi rendah, karena mesin jenis ini tidak memerlukan setting yang rumit.

Gambar 19. Mesin Frais tipe khusus (special purposes). Mesin Frais dengan dua buah spindel.

Gambar 20. Mesin Frais CNC tipe bed (bed type CNC milling machine).

Selain Mesin Frais manual, pada saat ini telah dibuat Mesin Frais dengan jenis yang sama dengan mesin konvensional tetapi menggunakan kendali CNC (Computer Numerically Controlled). Dengan bantuan kendali CNC (Gambar 20.), maka Mesin Frais menjadi sangat fleksibel dalam mengerjakan berbagai bentuk benda kerja, efisien waktu dan biaya yang diperlukan, dan produk yang dihasilkan memiliki ketelitian tinggi

I.         Parameter yang Dapat Diatur pada Mesin Frais

Maksud dari parameter yang dapat diatur adalah parameter yang dapat langsung diatur oleh operator mesin ketika sedang mengoperasikan Mesin Frais. Seperti pada Mesin Bubut, maka parameter yang dimaksud adalah putaran spindel (n), gerak makan (f), dan kedalaman potong (a). Putaran spindel bisa langsung diatur dengan cara mengubah posisi handle pengatur putaran mesin. Gerak makan bisa diatur dengan cara mengatur handle gerak makan sesuai dengan tabel f yang ada di mesin. Gerak makan (Gambar 21) ini pada proses frais ada dua macam yaitu gerak makan per gigi (mm/gigi), dan gerak makan per putaran (mm/putaran). Kedalaman potong diatur dengan cara menaikkan benda kerja, atau dengan cara menurunkan pisau.

Putaran spindel (n) ditentukan berdasarkan kecepatan potong. Kecepatan potong ditentukan oleh kombinasi material pisau dan material benda kerja. Kecepatan potong adalah jarak yang ditempuh oleh satu titik (dalam satuan meter) pada selubung pisau dalam waktu satu menit. Rumus kecepatan potong identik dengan rumus kecepatan potong pada mesin bubut. Pada proses frais besarnya diameter yang digunakan adalah diameter pisau. Rumus kecepatan potong :

Di mana :

v = kecepatan potong (m/menit)

d = diameter pisau (mm)

n = putaran benda kerja (putaran/menit)

Setelah kecepatan potong diketahui, maka gerak makan harus ditentukan. Gerak makan (f) adalah jarak lurus yang ditempuh pisau dengan laju konstan relatif terhadap benda kerja dalam satuan waktu, biasanya satuan gerak makan yang digunakan adalah mm/menit.

Kedalaman potong (a) ditentukan berdasarkan selisih tebal benda kerja awal terhadap tebal benda kerja akhir. Untuk kedalaman potong yang relatif besar diperlukan perhitungan daya potong yang diperlukan untuk proses penyayatan. Apabila daya potong yang diperlukan masih lebih rendah dari daya yang disediakan oleh mesin (terutama motor listrik), maka kedalaman potong yang telah ditentukan bisa digunakan.

Gambar 21. Gambar jalur pisau frais menunjukkan perbedaan antara gerak makan per gigi (ft) dan gerak makan per putaran (fr).

J.        Peralatan dan Asesoris untuk Memegang Pisau Frais

Proses penyayatan menggunakan Mesin Frais memerlukan alat bantu untuk memegang pisau dan benda kerja. Pisau harus dicekam cukup kuat sehingga proses penyayatan menjadi efektif, agar pisau tidak mengalami selip pada pemegangnya. Pada Mesin Frais konvensional horizontal pemegang pisau adalah arbor dan poros arbor (lihat kembali Gambar 1). Gambar skematik arbor yang digunakan pada Mesin Frais horizontal dapat dilihat pada Gambar 22. Arbor ini pada porosnya diberi alur untuk menempatkan pasak sesuai dengan ukuran alur pasak pada pisau frais. Pasak yang dipasang mencegah terjadinya selip ketika pisau

Gambar 22. Gambar skematik arbor Mesin Frais.

menahan gaya potong yang relatif besar dan tidak kontinyu ketika gigigigi pisau melakukan penyayatan benda kerja. Pemegang pisau untuk Mesin Frais vertical yaitu kolet (collet, lihat Gambar 23. Kolet ini berfungsi mencekam bagian pemegang (shank) pisau. Bentuk kolet adalah silinder lurus di bagian dalam dan tirus di bagian luarnya. Pada sisi kolet dibuat alur tipis beberapa buah, sehingga ketika kolet dimasuki pisau bisa dengan mudah memegang pisau.

Gambar 23. (a) Kolet pegas yang memiliki variasi ukuran diameter,

(b) kolet solid pemasangan pisau dengan baut.

Sesudah pisau dimasukkan ke kolet kemudian kolet tersebut dimasukkan ke dalam pemegang pisau (tool holder). Karena bentuk luar kolet tirus maka pemegang pisau akan menekan kolet dan benda kerja dengan sangat kencang, sehingga tidak akan terjadi selip ketika pisau menerima gaya potong.

Pemegang pisau (tool holder) standar bisa digunakan untuk memegang pisau frais ujung (end mill). Beberapa proses frais juga memerlukan sebuah cekam (chuck) untuk memegang pisau frais. Pemegang pisau ini ada dua jenis yaitu dengan ujung tirus Morse (Morse taper) dan lurus (Gambar 24). Pemegang pisau yang lain adalah kepala bor (Gambar 25). Kepala bor ini jarak antara ujung pisau terhadap sumbu bisa diubah-ubah, sehingga dinamakan offset boring heads. Pemegang pisau ini biasanya digunakan untuk proses bor (boring), perataan permukaan (facing), dan pembuatan champer (chamfering).

Gambar 24. (a) Pemegang pisau frais ujung (end mill) (b) pemegang pisau shell end mill.

Gambar 25. Kepala bor (offset boring head).

K.      Alat Pencekam dan Pemegang Benda Kerja pada Mesin Frais

Alat pemegang benda kerja pada Mesin Frais berfungsi untuk memegang benda kerja yang sedang disayat oleh pisau frais. Pemegang benda kerja ini biasanya dinamakan ragum. Ragum tersebut diikat pada meja Mesin Frais dengan menggunakan baut T. Jenis ragum cukup banyak, penggunaannya disesuaikan dengan bentuk benda kerja yang dikerjakan di mesin. Untuk benda kerja berbentuk balok atau kubus ragum yang digunakan adalah ragum sederhana atau ragum universal (Gambar 26.). Ragum sederhana digunakan bila benda kerja yang dibuat bidang-bidangnya saling tegak lurus dan paralel satu sama lain (kubus, balok, balok bertingkat). Apabila digunakan untuk membuat bentuk sudut digunakan ragum universal (Gambar 26.), atau bila menggunakan ragum sederhana bentuk pisau yang dipakai menyesuaikan bentuk sudut yang dibuat.

Apabila bentuk benda kerja silindris, maka untuk memegang benda kerja digunakan kepala pembagi (dividing head). Kepala pembagi (Gambar 27.) ini biasanya digunakan untuk memegang benda kerja silindris, terutama untuk keperluan :

1.      Membuat segi banyak

2.      Membuat alur pasak

3.      Membuat roda gigi (lurus, helix, payung)

4.      Membuat roda gigi cacing.

Gambar 26. (a) Ragum sederhana (plain vise), (b) Ragum universal yang biasa digunakan pada ruang alat.

Gambar 27. Meja yang dapat diatur sudutnya dalam beberapa arah, digunakan untuk alat bantu pengerjaan benda kerja yang memiliki sudut lebih dari satu arah.

Gambar 28. Kepala pembagi (dividing head) untuk membuat segi banyak, roda gigi, atau helix.

Ragum biasa yang dipasang langsung pada meja Mesin Frais hanya dapat digunakan untuk mengerjakan benda kerja lurus atau bertingkat dengan bidang datar atau tegak lurus. Apabila benda kerja yang dibuat ada bentuk sudutnya, maka ragum diletakkan pada meja yang dapat diatur sudutnya (identik dengan meja sinus). Meja tersebut (Gambar 27), diikat pada meja Mesin Frais.

Alat bantu pemegang benda kerja di Mesin Frais yang lain yaitu meja putar (rotary table). Meja putar, (Gambar 29) ini diletakkan di atas meja Mesin Frais, kemudian ragum atau cekam rahang tiga bisa diletakkan di atasnya. Dengan bantuan meja putar ini proses penyayatan bidang-bidang benda kerja bisa lebih cepat, karena untuk menyayat sisisisi benda kerja tidak usah melepas benda kerja, cukup memutar handle meja putar dengan sudut yang dikekendaki. Selain itu dengan meja putar ini bisa dibuat bentuk melingkar, baik satu lingkaran penuh (360^o) atau kurang dari 360^o.

Benda kerja yang dikerjakan di Mesin Frais tidak hanya benda kerja yang bentuknya teratur. Benda kerja yang berbentuk plat lebar, piringan dengan diameter besar dan tipis, dan benda hasil tuangan sulit dicekam dengan ragum. Untuk keperluan pemegangan benda kerja seperti itu, maka benda kerja bisa langsung diletakkan di meja Mesin Frais kemudian diikat dengan menggunakan bantuan klem (clamp). Berbagai bentuk klem dan baut pengikatnya biasanya digunakan untuk satu benda kerja yang relatif besar.

 

Gambar 29. (a) Meja putar (rotary table) yang bisa digunakan untuk Mesin Frais vertical maupun horizontal, (b) Meja putar yang dapat diatur sudutnya.

Selain pemegang benda kerja, pada Mesin Frais juga ada beberapa macam asesoris yang berguna untuk membantu pengaturan Mesin Frais, maupun penempatan benda kerja. Asesoris tersebut misalnya (a) parallel yang berguna untuk meninggikan posisi benda kerja pada ragum, (b) line finder untuk membantu mencari posisi garis pinggir benda kerja, (c) line finder dipasang pada kolet, (d) edge finder yang digunakan untuk mencari posisi pojok benda kerja, (e) pembatas ragum (vise stop) yang berguna untuk batas peletakan benda kerja di ragum, (f) pembatas ragum, (g) blok V untuk membantu memegang benda kerja berbentuk silindris, dan (h) klem (clamp) untuk membantu memegang benda kerja. Gambar perlengkapan Mesin Frais tersebut dapat dilihat pada Gambar 30.

Gambar 30. Berbagai macam asesoris yang digunakan pada Mesin Frais.

L.       Pekerjaan mengefrais

Pada mesin frais, umumnya terdapat tiga kemungkinan gerakan meja, yaitu gerakan horisontal, gerakan menyilang, dan geraka vertikal. Tetapi pada beberapa meja juga memiliki geraka putar, sehingga juga memiliki beberapa proses pengerjaan terhadap benda kerja.

            Gerakan mesin frais ada dua, yaitu :

1.      Gerakan potong dilakukan oleh pahat yang berputar dan bergerak.

2.      Gerakan makan dilakukan oleh benda kerja yang bergerak terhadap pahat yang berputar.

Sesuai dengan pahat yang digunakan, maka ada dua macam cara mengefrais, yaitu :

1.         Mengefrais datar (slab milling) dengan sumber putar pahat frais  selubung sejajar permukaan benda kerja. Ada dua macam cara mengefrais datar, yaitu :

a.       Mengefrais naik atau pemakanan ke atas (up cut milling) pemotongan dilakukan oleh gigi pahat yang bergerak ke atas, di mana arah dan tekanan pemotongan belawanan arah dengan gerakan benda kerja. Penyayatan dimulai dari gerakan tipis ke gerakan mtebal. Umumnya digunakan sebagai proses penghalusan (finishing)

b.      Mengefrais turun atau pemakanan kebawah (down cut milling) pemotongan dilakukan oleh gigi pahat yang bergerak keatas, di mana arah pemotongan berlawanan arah dengan gerakan benda kerja. Penyayatan dimulai dari gerakan tebal ke gerakan tipis. Umumnya digunakan sebagai proses pengasaran (pekerjaan dengan kecepatan menghasilkan geram tinggi).

2.               Mengefrais tegak (face milling) dengan sumbu putar pahat    frais muka tegak lurus permukaan benda kerja.

:

Gambar 31. Gambar skematis proses frais tegak dan mendatar

Di dalam suatu pengerjaan, gigi – gigi suatu pisau frais dapat risak. Pisau frais yang tumpul akan menghasilkan permukaan benda kerja yang tidak bersih dan ukuran yang tidak teliti, sehingga pisau frais perlu diasah. Pisau frais digerinda pada bagia permukaan bebasnya. Sebagai contoh pada waktu pengerjaan pisau frais ditekan ke penyangga gigi dengan tangan, tangan yang lain menggerakan meja pada pisau yang diasah sepanjang roda gerinda, satu demi satu gigi – gigi giasah dengan kasar, kemudian digerinda halus. Batu gerinda berbentuk cawang. Oleh karena itu, hanya satu sisi dari batu gerinda yang harus miring terhadap sumbu pisau yang diasah kira – kira 3^o. Agar didapatkan sudut bebas yang baik, penyangga gigi di letakkan di bawah pusat pisau dengan suatu jarak tertentu.

Gambar 32. Mengasah Pisau Frais

Cara pemasangan benda kerja

Untuk memasang benda kerja pada mesin frais ada 4 cara, yaitu :

1.      Benda kerja diikatkan pada ragum yang dipasang dengan baut pada meja mesin.

2.      Benda kerja langsung diikatkan pada meja mesin

3.      Benda kerja dipasang pada alat spesial yang nantinya dapat diikatkan pada ragum atau langsung diikatkan pada meja mesin.

4.      Benda kerja diikatkan pada pelat cekam atau di antar dua senter seperti pada mesin bubut.

M.     Parameter proses pengefraisan

1.      Feed

Ukuran feed dapat dihitung dengan satuan feet tiap putaran, yang besarnya tergantung pada bahan apa yang akan disayat oleh tiap gigi pisau frais.

Putaran yang diperlukan dapat dihitung dari kecepatan potong :

a.       Feed tiap putaran = feed tiap gigi x jumlah gigi

b.      Jarak pergeseran tiap menit = feed tiap putaran x RPM

c.       Waktu pengefraisan = panjang benda kerja/jarak pergeseran tiap menit.

2.      Kecepatan potong (cutting speed)

Kecepatan potong tergantung dari :

a.       Keadaan pisau : putaran pisau jari yang kecil harus lebih cepat, dan sebaliknya pisau yang diameternya besar akan berputar lebih lambat.

b.      Kekerasan bahan : macam bahan yang akan dipotong berlainan, maka cutting speed-nya juga berbeda.

Putaran per menit (RPM) pisau frais akan berputar menurut besar kecilnya diameter pisau, misalnya pisau yang diameternya kecil lebih cepat putarannya daripada pisau frais yang besar.

 

3.      Waktu pengefraisan

4.      Kecepatan penghasilan geram (metal removal rate)

Tabel Parameter pemotongan proses pengefraisan

Contoh :

1.    Mesin frais dengan putaran 120 put/menit digunakan untuk mengefrais besi tuang dengan pisau yang memiliki 20 gigi.

Hitunglah waktu yang diperlukan untuk pengefraisan sepanjang 8 inch?

Jawab :

a.       Feed tiap putaran = 0,015 x 20 =0,30 inch

b.      Jarak pergeseran tiap menit = 0,30 x 120 = 36 inch

c.       Waktu pengefraisan = 8 inch/30 = 0,267 menit =16 detik

Mengefrais untuk pekerjaan akhir biasanya digunakan feed 0,30 s/d 0,050 inch tiap putaran pisau, dan ini juga masih tergantung keadaan bahan yang difrais. Pada pemotongan akhir tidak ada getaran antara benda kerja dan pisau.

2.    Berapakah putaran pisau frais HSS yang berdiameter 6 inch dengan 20 gigi yang digunakan untuk mengefrais baja linak ?

Jawab

Dari tabel cutting speed, feed pisau frais HSS untuk mengefrais baja lunak = 80 feet per menit.

Keliling pisau = π x D = 3,14 x 6 inch= 18,84 inch = 1,5 ft.

== 80 RPM

3.    Mesin frais dengan pisau silinder berdiameter D = 2 inch dengan jumlah gigi lurus n = 20 buah digunakan untuk mengefrais material balok baja lunak dengan panjang 15 inch dan lebar 6 inch. Pemakanan diatur f₁=0.015 inch/gigi dengan kedalaman pemotongan d= 1/8 inch. Pisau frais yang digunakan lebih lebar daripada balok yang difrais. Jika putaran spidel N = 130 rpm, hitunglah kecepatan penghasilan geram (MRR) dan waktu pemesinan!

Jawab :

Kecepatan penghasilan geram (MRR)

    f = f₁.N.n = 0.015 x 130 x 20 = 39 inch/menit

MRR = w.d.f = 6 x 1/8 x 20 = 15 inch³/menit

Waktu pemesinan (untuk D>d)

 =  = 0,5 inch

 = (15 + 0,5)/39 = 39,75 detik

N.      Penghitungan

1.      Kepala pembagi (dividing head)

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

Gambar 33. Penampang Kepala Pembagi

Contoh :

a.       Hendak difrais benda kerja dalam 10 bagian yang sama, dengan roda cacing pada kepala pembagi 40 gigi. Berapa banyaknya putaran engkol pembagi untuk tiap bagiannya ?

Banyaknya putaran engkol =  = 4 kali putaran

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

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

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

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

Untuk mesin frais Hero (di bengkel bagian logam), keping pembagiannya:

     Keping I          : 20 – 27 – 31 – 37 – 41 – 43 – 49 – 53

     Keping II        : 23 – 29 – 33 – 39 – 42 – 47 – 51 – 57

Untuk mesin frais Sajo, keping pembagian :

     Keping I          : 38 – 42 – 47 – 49 – 53 – 59 – 77 – 87 – 93 – 111 – 119

     Keping II        : 30 – 41 – 43 – 48 – 51 – 57 – 69 – 81 – 91 – 99 – 117

Untuk contoh 2, kita memutar engkol pembagi 3 putaran disesuaikan dengan adanya keping pembagi, sehingga engkol pembagi diputar sebanyak 3 kali putaran ditambah  putaran atau 5 bagian (6 lubang) untuk keping I dengan lubang 15.

2.      Mengefrais roda gigi biasa

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

Contoh :

a.       Sebuah roda gigi dengan 20 gigi akan difrais. Worm wheel dengan 40 gigi. Hitunglah banyaknya putaran engkol kecil untuk mengefrais tiap lekuk gigi!

Jawab :

Jumlah putaran index crank =  = 2 putaran

Index crank diputar 2 kali untuk mengefrais tiap lekuk gigi.