Mesin Frais

Mesin frais atau mesin milling merupakan salah satu mesin yang sangat penting dalam dunia industri. Mesin ini wajib dipelajari oleh siswa SMK dan mahasiswa jurusan Teknik Mesin.

Mesin ini bisa digunakan untuk membentuk benda kerja menjadi berbagai macam bentuk.

Dengan fungsinya yang fleksibel, mesin ini tentunya cukup mahal harganya.

Bagi anda yang ingin membuka bisnis bengkel, mesin frais sangat tepat untuk jadi pilihan anda.

Mesin ini bisa digunakan untuk produksi dan juga repair, jadi sangat menguntungkan. Sebelum membelinya, mari kita bahas seputar tentang mesin frais.

Pengertian Mesin Frais

Mesin frais adalah mesin perkakas yang memiliki gerak utama berputar untuk memutar alat potong yang digunakan untuk menyayat benda kerja agar menjadi bentuk tertentu.

Prinsip Kerja

Gerak putaran pada mesin frais berguna untuk memutar alat potong atau sering disebut pisau frais. Dengan pisau frais yang berputar, kita dapat menggerakkan benda kerja mendekati pisau frais agar tersayat. Sehingga menjadi bentuk yang operator inginkan.

Bagian-Bagian Mesin Frais

1. Alas Mesin (Base) berfungsi sebagai pondasi dari mesin milling dan juga sebagai tempat pembuangan coolant yang telah digunakan.
2. Kolom mesin (badan mesin), berfungsi sebagai penopang atau tempat kedudukan bagian-bagian mesin.
3. Lutut (Knee), Bagian ini memiliki dua alur ekor burung yang saling tegak lurus.
4. Sadel (dudukan meja), berada diantara lutut dan meja mesin frais.
5. Meja mesin (Table), berfungsi sebagai tempat untuk mengikat benda kerja dalam proses pengefraisan.
6. Lengan (Arm), berada di atas kolom mesin frais horisontal dan universal.
7. Spindle berfungsi sebagai tempat penahan alat potong pada mesin frais vertikal dan sebagai tempat arbor pada mesin frais horisontal.
8. Arbor berfungsi sebagai ekstensi spindle pada mesin frais horizontal.
9. Support Arbor (Pendukung arbor) berfungsi untuk mendukung arbor agar gerakan arbor bisa stabil.
10. Milling Head, berada di bagian paling atas mesin frais vertikal.
11. Ram adalah lengan yang menjorok pada mesin frais vertikal.
12. Motor Penggerak berfungsi mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau memberikan mesin tenaga untuk bergerak.
13. Handle, berfungsi untuk menggerakan meja mesin secara manual. Baik itu secara vertikal maupun horizontal.

Perlengkapan Mesin Frais

1. Arbor pada mesin frais digunakan sebagai dudukan atau pengikat alat potong (pisau frais).

2. Support arbor digunakan untuk menopang salah satu ujung arbor yang panjang.

3. Stub arbor juga digunakan sebagai dudukan atau pengikat alat potong (pisau frais).

4. Cekam kolet (collet chuck) juga digunakan sebagai pengikat alat potong atau pisau frais.

5. Adaptor fungsinya sama dengan perlengkapan yang sebelumnya, yaitu sebagai dudukan dan pengikat alat potong pada mesin frais.

6. Pembesar lubang (boring head) digunakan sebagai pengikat alat potong (flying cutter) yang digunakan pada proses memperbesar lubang.

7. Ragum mesin digunakan untuk menjepit atau memegang benda kerja dengan kuat ketika proses pengefraisan.

7. Meja putar (rotary table) berfungsi untuk membentuk lingkaran atau radius, membagi jarak lubang atau alur dan, membagi bidang segi banyak beraturan dan tidak beraturan

8. Kepala pembagi (dividing head) yaitu perlengkapan yang fungsinya sama dengan rotary table.

9. Kepala lepas (tailstock) berfungsi untuk menyangga benda kerja yang diikat dengan kepala pembagi.

10. Penjepit atau klem mesin (clamp) berfungsi untuk menjepit benda kerja yang tidak memungkinkan dijepit menggunakan ragum.

20 Jenis Pisau Frais dan Fungsinya

1. Pisau frais mantel (plain milling cutter/ helical milling cutter)

Pisau frais jenis ini digunakan untuk mengefrais bidang yang lebar dan rata. Menurut arah mata sayatnya, pisau ini terbagi menjadi dua jenis. Yaitu pisau frais mantel helix kanan dan helix kiri.

2. Pisau frais sudut (angle milling cutter)

Pisau frais sudut umumnya memiliki sudut 30°, 45°, 60° dan 90°. Sedangkan menurut jumlah sisi sudutnya, ada yang memiliki sudut tunggal (single angle milling cutter) dan sudut ganda (double angle milling cutter).

Pisau frais jenis ini digunakan untuk membuat alur yang memiliki sudut sesuai dengan sudut pisau yang digunakan.

3. Pisau ekor burung (Dove Tail Milling Cutter)

Pisau frais yang digunakan untuk membuat profil menyerupai ekor burung. Umumnya memiliki sudut 30°, 45° dan  60°. Sebelum menggunakan pisau ini, sebelumnya dilakukan pembuatan alur dengan pisau jari.

4. Pisau frais alur melingkar (woodruff keyseat milling cutter)

Pisau frais ini digunakan untuk mengefrais alur pasak (berbentuk bulan sabit) pada poros. Letak alurnya tidak terletak pada ujung porosnya.

5. Pisau frais sisi dan muka (side and face milling cutter)

Pisau frais yang memiliki mata sayat pada sisi muka dan samping. Digunakan untuk mengefrais alur pada permukaan benda kerja.

6. Pisau frais sisi dan muka gigi silang (staggered tooth side and face milling cutter)

Pisau frais yang memiliki mata sayat pada sisi muka dan samping bersilang. Fungsinya sama dengan pisau frais sisi dan muka, perbedaannya adalah pemakanannya lebih ringan. Karena pemotongan mata sayatnya bergantian.

7. Pisau frais bentuk (form milling cutter)

Pisau frais yang berfungsi untuk membuat permukaan bidang bagian luar berbentuk radius. Menurut bentuk alur yang dihasilkan, pisau ini dibagi menjadi tiga jenis yaitu.

Convex milling cutter

Digunakan untuk membuat alur radius (alur cekung).

Concave milling cutter

Digunakan untuk membuat bentuk radius menonjol keluar (alur cembung).

Corner rounding milling cutter

Digunakan untuk membentuk alur cembung pada bagian sisi benda kerja.

8. Pisau frais alur T (T slot milling cutter)

Pisau frais yang digunakan untuk membentuk alur T. Contohnya seperti pada meja mesin frais, sekrap, bor, dan eretan atas pada mesin bubut.

9. Pisau frais jari (endmill cutter)

Pisau frais yang digunakan untuk membuat alur tembus atau bertingkat dan mengefrais rata untuk bidang yang lebarnya relatif kecil. Menurut bentuk tangkainya, pisau frais jari memiliki 3 jenis, yaitu pisau jari tangkai lurus, pisau jari tangkai bertingkat, dan pisau jari tangkai tirus.

10. Pisau frais jari radius (bull nose endmill cutter)

Pisau frais yang digunakan untuk membuat alur pada permukaan bidang berbentuk radius ke dalam (cekung).

11. Pisau frais jari radius sudut (corner rounding endmill cutter)

Pisau frais yang digunakan untuk membuat sisi pada sudut bisang berbentuk radius keluar (cembung)

12. Pisau frais modul roda gigi (gear milling cutter)

Pisau frais yang digunakan untuk membuat roda gigi atau gigi rack. Ada dua macam jenis pisau roda gigi, yaitu pisau roda gigi untuk sistem modul (mm) dan Dp (diameter pitch).

13. Pisau frais muka (face mill cutter)

Pisau frais yang digunakan untuk mengefrais pada bidang permukaan rata dan luas). Mata potong pada pisau frais ini dipasang dengan cara diikatkan pada badan (body) dengan cara dilas atau dibaut.

Umumnya mata pisau ini terbuat dari cermented carbide.

14. Pisau frais sisi dan muka (shell endmill cutter)

Pisau frais yang digunakan untuk pemakanan bagian samping dan muka, sehingga digunakan untuk mengefrais bidang siku. Pisau ini memiliki 2 macam, yaitu untuk pemakanan ringan dan pemakanan berat.

15. Pisau frais gergaji (slitting saw)

Pisau frais yang digunakan untuk membelah benda kerja yang tipis. Pisau ini memiliki tiga jenis, yaitu pisau frais dengan mata sayat polos, dengan mata sayat sisi lurus, dan dengan mata sayat sisi bersilang.

Hal yang Perlu diperhatikan

1. Putaran Pisau

faktor-faktor yang perlu diperhatikan dalam menentukan putaran pisau mesin frais antara lain :

• Material yang akan di frais
• Bahan pisau frais
• Diameter frais

2. Feed

feed merupakan gerak makan pisau frais terhadap benda kerja. Faktor–faktor yang perlu diperhatikan antara lain :

• Dalam pemakanan
• Material benda kerja
• Tipe permukaan finishing yang diinginkan
• Tipe pisau frais

3. Kedalaman Pemotongan

Pproses pemotongan pada mesin frais tergantung pada jenis pemakanan yang dilakukan. Ada 3 pemakanan dalam proses pengefraisan antara lain pemakanan kasar dan pemakanan halus (finishing).

pemakanan kasar bertujuan untuk memotong benda kerja agar mendekati ukuran benda kerja yang dituju. Sedangkan pemakanan halus berfungsi untuk proses finishing benda kerja atau penyempurnaan ukuran.

Parameter Pemotongan Mesin Frais

Parameter pemotongan dibutuhkan agar proses produksi berjalan sesuai dengan perencanaan dan efektif. Parameter pemotongan antara lain :

1. Kecepatan Potong

Dalam menentukan kecepatan potong ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan antara lain :

• Material benda kerja
• Material pisau frais
• Diameter pisau
• Kehalusan permukaan yang diinginkan
• Dalam pemakanan/pemotongan

Persamaan untuk cutting speed :

v = π × d × n / 1000

Keterangan :

𝑣 : cutting speed
𝑑 : diameter pisau
𝑛 : putaran spindle utama

2. Gerak Makan Per Gigi (fz)

Gerak makan per gigi dapat dihitung dengan persamaan berikut :

𝑓𝑧 = 𝑣𝑓 × 𝑧 × 𝑛 (mm/gigi)

• fz : gerak makan per gigi
• z : jumlah gigi
• n : putaran poros utama (putaran/menit)
• vf : kecepatan makan (mm/put)

3. Waktu Pemotongan / Pemakanan

Waktu pemotongan dapat dihitung dari persamaan berikut :

𝑡𝑐 = 𝑙𝑡 × 𝑣𝑓 (min)

Keterangan :

𝑙𝑡 = 𝑙𝑣 + 𝑙𝑤 + 𝑙𝑛 (mm)

• vf : kecepatan makan (mm/put)
• lw : panjang pemotongan (mm)
• lv = 1 , untuk mengefrais datar
• lv ≥ 0 untuk mengefrais tegak
• lv ≥ 0 untuk mengefrais datar
• ln = d/2 untuk mengefrais tegak

4. Kecepatan Penghasil Geram

Kecepatan penghasil geram dapat dihitung dengan persamaan berikut :

𝑍 = (𝑣𝑓 × 𝑎 × 𝑤) / 1000 𝑐𝑚³/𝑚𝑖𝑛

Keterangan

• vf : kecepatan makan (mm/put)
• a : kedalaman pemotongan (mm)
• w : lebar pemotongan (mm)

13 Jenis Mesin Frais dan Fungsinya

1. Mesin frais tangan (hand milling machine)

Mesin frais paling sederhana yang gerak pemakanannya dikendalikan dengan tangan. Mesin ini tidak memiliki gerak otomatis. Cocok untuk pekerjaan frais ringan seperti pembuatan alur pasak

2. Mesin frais horizontal

Mesin frais yang memiliki spindle mesin dengan posisi mendatar. Alat potong atau pisau yang dapat digunakan hanya jenis pisau mantel (helix). Gerakkan mejanya dapat memanjang, melintang, dan vertikal.

3. Mesin frais vertikal

Mesin frais yang memiliki spindle dengan posisi tegak/vertikal. Spindlenya dapat dimiringkan dengan sudut tertentu. Gerakkan mejanya dapat memanjang, melintang, dan vertikal.

Ada berbagai macam pisau frais yang dapat digunakan pada mesin ini. Contohnya : pisau jari, pisau ekor burung, dan lain-lain.

4. Mesin frais universal

Mesin frais gabungan antara mesin frais vertikal dan horizontal. Yaitu memiliki spindle dengan posisi tegak dan mendatar. Dengan demikian operator bisa menggunakan berbagai macam alat potong. Baik itu untuk mesin frais vertikal maupun horizontal.

Kelebihan mesin frais ini adalah mejanya dapat digeser atau diputar secara horizontal sebesar 45° derajat. Baik itu digeser ke kiri atau ke kanan. Dengan demikian, mesin ini memiliki empat arah pemakanan.  Yaitu ke kanan, kiri, menyudut dan verikal.

Mesin frais universal juga dapat menggunakan tambahan perlengkapan tertentu. Seperti, kepala pembagi (dividing head), perlengkapan mesin frais vertikal, ragum putar (rotary vice), dan lain-lain.

Mesin frais ini dapat digunakan untuk membuat spur, bevel, spiral, twist drill, reamer, dan lain-lain. Semua jenis pembentukan dapat dikerjakan dengan mesin frais universal.

5. Mesin frais omniversal

Gerakkan pemakanannya sama seperti mesin frais universal. Memiliki 4 gerak pemakanan. Meja pada mesin ini juga dapat dimiringkan secara vertikal untuk keperluan tertentu. Dengan meja yang dapat dimiringkan, mesin ini bisa digunakan untuk membuat alur spiral pada reamer dan roda gigi bevel.

6. Mesin frais fixed bed

Mesin frais ini memiliki ukuran yang besar, berat , dan kokoh. Pergerakan meja pada mesin ini terbatas pada sudut tertentu tanpa ketentuan untuk penyetelan silang maupun vertikal. Mesin frais ini diklasifikasikan menjadi 3 jenis. Yaitu

1. Simplex (kepala spindle tunggal),
2. Duplex (dua kepala spindle), dan
3. Triplex (tiga kepala spindle).

7. Mesin frais Planer

Mesin frais ini disebut juga sebagai “Plano Miller”. Merupakan mesin yang digunakan untuk pekerjaan berat. Spindle mesin dapat diatur dalam arah vertikal ataupun horizontal.

Mesin ini memiliki rel lintas yang bisa dinaikkan atau diturunkan untuk membawa alat potong. Memiliki beberapa spindle dan sadle yang masing-masing didukung kaki yang tegak.

Dengan beberapa pengaturan spindle yang berbeda, mesin ini bisa menghasilkan beberapa permukaan berbeda sekaligus. Sehingga proses pengefraisan bisa lebih efektif. Perbedaan mesin frais planer dan  fixed bed dapat dilihat dari gerakkan mejanya.

Pada mesin frais planer, gerakkan meja digunakan untuk memberikan kecepatan potong. Sedangkan pada mesin frais fixed bed, gerakan meja hanya berfungsi memberikan umpan atau mendekatkan benda kerja agar terpotong.

8. Mesin frais dengan meja putar (rotary table)

Meja pada mesin ini berbentuk bundar dan bisa berputar dengan sumbu vertikal. Alat potong pada mesin ini diatur pada ketinggian yang berbeda. Satu alat potong untuk pemakanan kasar dan satu alat potong lagi untuk finishing.

Keuntungan menggunakan mesin ini adalah operator bisa terus menerus memasang dan melepas benda kerja saat proses pengefraisan.

9. Mesin frais Drum

Prinsip kerjanya sama seperti mesin frais dengan rotary table. Namun meja pada mesin ini disebut “Drum” berputar dengan sumbu horizontal. Terdapat tiga atau empat spindle yang berputar.

Spindle pada mesin ini juga dipasang dengan sumbu horizontal. Alat potong terpasang pada spindle dan melakukan pemakanan yang didukung putaran meja frais.

Satu putaran penuh meja frais menandakan proses pengefraisan telah selesai untuk satu benda kerja. Kemudian operator bisa memasang benda kerja baru pada meja frais.

10. Mesin frais planetary

Pada mesin frais ini benda kerja dipasang pada posisi diam. Sedangkan alat potong yang bergerak mendekati benda kerja dan melakukan pemotongan.

Alat potong bergerak sesuai dengan jalurnya untuk menyelesaikan permukaan silinder pada benda kerja. Baik itu secara internal maupun eksternal. Mesin ini juga diadaptasi untuk mesin frais penguliran internal dan eksternal.

11. Mesin frais pantograph

Mesin frais ini bisa digunakan untuk menduplikasi suatu bentuk benda kerja. Ukuran benda duplikat dapat lebih kercil, sama, atau lebih besar dari ukuran aslinya. Dapat juga digunakan untuk model lain dengan tujuan tertentu.

Umumnya mesin ini terdiri dari empat sambungan yang tergabung dalam bentuk parallellogam. Mesin ini dapat unruk menduplikasi benda dua dimensi(contohnya gambar atau tulisan) atau tiga dimensi(berupa bentuk benda kerja dan konturnya).

12. Mesin frais tracer controlled

Mesin frais ini digunakan untuk membuat bentuk-bentuk kompleks seperti pada bentuk cetakan. Gerakan dari pelacak yang menyentuh benda asli akan mengarahkan gerakan pisau frais. Sehingga bentuk benda duplikat akan sama persis.

Gerakan stylus (pelacak) akan menekan sistem hidrolik dan mengangkat meja. Susunan dari semua sistem itu bisa disebut servomechanism.

13. Mesin frais CNC (Computer Numerical Control)

Mesin frais yang dapat menduplikasi benda kerja secara keseluruhan sesuai program atau template yang telah ditentukan. Spindle pada mesin ini bisa diatur pada posisi vertikal maupun horizontal terhadap meja mesin.

Pin program digunakan untuk mengatur pergerakan pisau frais. Pergerakan meja secara longitudinal (membujur) dan gerakan pisau secara melintang akan menyesuaikan dengan program yang telah dimasukkan.

Demikianlah ulasan singkat mengenai mesin frais. Semoga bermanfaat untuk kita semua. Jangan lupa untuk share informasi ini dengan teman-teman yang lainnya.