DESAIN DAN ANALISA STRUKTUR LOW-COST DYNAMOMETER MENGGUNAKAN METODE FINITE ELEMENT ANALYSIS (FEA) DAN EXPERIMENTAL MODAL ANALYSIS (EMA) BERBASIS STRAIN GAUGE UNTUK MENGUKUR GAYA POTONG PADA PROSES FRAIS

---

• Dipublikasikan pada 18 Oktober 2024

Abstrak

Proses frais adalah proses penyayatan permukaan benda kerja menggunakan pahat bermata potong jamak (multipoint cutting edges) yang berputar. Pada proses frais benda kerja akan menghasilkan gaya potong. Gaya potong merupakan salah satu parameter yang dapat digunakan untuk mengoptimalkan proses frais dan menganalisa konsumsi daya potong selama proses frais. Untuk mengukur gaya potong diperlukan alat ukur berupa dinamometer, namun dinamometer yang beredar di pasaran saat ini harganya cukup mahal. Oleh karena itu tujuan dari penelitian ini adalah merancang dinamometer dengan harga terjangkau yang mampu mengukur gaya potong dalam 3 axis. Penelitian membahas rancangan dinamometer meliputi desain analisis struktur hingga uji validasi dinamometer. Berdasarkan hasil analisis statik dinamometer yang didesain mampu menerima beban statik yang telah ditentukan. Hal tersebut ditunjukan oleh beberapa parameter yang dihasilkan dari analisis statik yaitu tegangan maksimum 15,98 MPa, nilai defleksi 9,67 x 10−4mm, regangan 6,29 x 10−5, dan faktor keamanan lebih dari 1. Sedangkan dari hasil analisis dinamik didapatkan nilai-nilai parameter dinamik meliputi massa 364 gr, rasio redaman 3,1%, kekakuan 5,4 𝑥 105 𝑁/𝑚 koefisien redaman 872 N.s/m, dan frekuensi pribadi 35561 Hz. 2. Dari hasil pengukuran resistansi rangkaian strain gauge pada dinamometer, didapatkan nilai sebesar 1372 Ohm sebagai output excitation positif (E+). Dan nilai sebesar 700 Ohm sebagai output untuk sinyal positif dan sinyal negatif (S+ dan S-). Pada kalibrasi dinamometer gaya normal dipilih data 2 karena memiliki nilai error yang paling kecil dengan nilai RMSE sebesar (0,000331) dan nilai MAE sebesar (0,0011). Sedangkan pada kalibrasi dinamometer gaya tangensial juga dipilih data 1 karena memiliki error yang paling kecil dengan mendapatkan nilai RMSE sebesar (0,000447) dan nilai MAE sebesar (0,0015). Selisih hasil pengukuran antara simulasi numerik dan experiment test berturut – turut yaitu Ft(X) 0,7 N, Ft(Y) 0,3 N dan Fn(Z) 0,6 N. Hal ini menunjukkan bahwa dinamometer dapat digunakan dalam pengukuran gaya potong baik gaya normal maupun gaya tangensial walapun terdapat error dalam perbandingannya, hal tersebut diakibatkan adanya dinamika dari luar yang terjadi saat pengukuran gaya potong pada uji eksperimen yang ikut terukur dalam pengujian tersebut, akan tetapi nilai dinamika tersebut tidak terhitung pada pengukuran gaya potong simulasi numerik. 

Kata kunci : Gaya potong, Dinamometer, FEA, EMA, Strain gauge.