Perbedaan Antara Pemesinan 3, 4, dan 5 Sumbu

Memahami Jenis Permesinan Sumbu dan Kemampuan Intinya

permesinan 3, 4, dan 5 Sumbu – Kapan Harus Menggunakan Masing-Masing

1. Permesinan 3 Sumbu: Dasar dari Fabrikasi yang Sederhana dan Efisien Secara Biaya

Sistem permesinan 3 sumbu beroperasi dengan menggerakkan alat potong sepanjang tiga sumbu linier— X (kiri/kanan) , Y (maju/mundur) , dan Z (atas/bawah) —dalam ruang 3D. Gerakan hanya secara linier ini menjadikannya ideal untuk membentuk bagian-bagian sederhana, datar, atau 3D dangkal, seperti braket, pelat, atau cetakan dasar.

Keunggulan utamanya terletak pada efisiensi Biaya : mesin memiliki kompleksitas yang lebih rendah, membutuhkan waktu persiapan minimal, dan mengurangi beban operasional—semua faktor ini meningkatkan margin keuntungan untuk produksi volume tinggi komponen sederhana. Sebagai contoh, pembuatan pelat pemasangan aluminium untuk perangkat elektronik sangat bergantung pada Pemesinan 3 Sumbu, karena bagian tersebut hanya memerlukan tiga proses utama: face milling (menghaluskan permukaan atas), edge profiling (membentuk keliling pelat), dan pengeboran (menambahkan lubang untuk pengencang)—semua proses tersebut dapat diselesaikan dengan mudah menggunakan gerakan sumbu linier.

2. Pemesinan 4 Sumbu: Rotasi untuk Fitur Silindris dan Melengkung

pemesinan 4 Sumbu dikembangkan dari konfigurasi 3 Sumbu dengan menambahkan satu sumbu rotasi (biasanya sumbu A, yang berputar mengelilingi sumbu X). Sumbu tambahan ini memungkinkan benda kerja berputar sementara alat bergerak secara linier, sehingga menghilangkan kebutuhan reposisi manual dan membuka kemampuan untuk membuat bagian dengan fitur melingkar atau melengkung.

Ini unggul dalam komponen di mana fitur mengikuti bentuk silindris—seperti alur pada batang katup, lubang miring sepanjang permukaan melengkung, atau alur pada puli. Laporan manufaktur tahun 2023 menyoroti manfaat penting: bengkel yang menggunakan Permesinan 4 Sumbu untuk bagian silindris mengalami pengurangan waktu persiapan sebesar 28% dibandingkan dengan sistem 3 Sumbu (yang memerlukan beberapa pengaturan ulang posisi). Dengan menghindari pembalikan manual atau pemasangan kembali benda kerja, Permesinan 4 Sumbu juga meningkatkan ketepatan dan konsistensi, sehingga mengurangi kesalahan akibat faktor manusia.

3. Permesinan 5 Sumbu: Fleksibilitas untuk Presisi Kompleks dengan Banyak Sisi

permesinan 5 Sumbu merupakan standar emas untuk bagian-bagian dengan bentuk kontur tinggi dan banyak sisi. Teknologi ini menambahkan dua sumbu rotasi (biasanya sumbu A, berputar di sekitar X, dan sumbu C, berputar di sekitar Z) ke tiga sumbu linier, memungkinkan alat pemotong mendekati benda kerja dari hampir semua sudut.

Versatilitas ini sangat penting dalam industri seperti aerospace dan medis, di mana komponen membutuhkan geometri rumit dan toleransi yang sangat ketat. Contohnya termasuk bilah turbin dari titanium (dengan airfoil melengkung dan saluran pendingin internal), implan pinggul (yang menyerupai anatomi manusia), serta komponen struktural pesawat terbang. Berbeda dengan sistem 3 atau 4 Axis, Pemesinan 5 Axis dapat menyelesaikan bagian-bagian kompleks dalam satu setup Tunggal : misalnya, bilah turbin dapat dikerjakan secara lengkap tanpa perlu digeser posisinya, mencapai toleransi seteliti ±0,005 mm dan hasil permukaan yang lebih baik.

pemesinan 3 Axis vs. 4 Axis: Efisiensi dan Batasan Aplikasi

Tabel di bawah ini membandingkan fitur utama pemesinan 3 dan 4 Axis untuk memperjelas kasus penggunaan masing-masing:

Fitur	pemesinan 3 sumbu	pemesinan 4 sumbu
Konfigurasi Axis	X, Y, Z (hanya linier)	X, Y, Z (linier) + 1 rotasi (A/C)
Terbaik Untuk	Bagian datar/3D sederhana (braket, pelat)	Bagian silindris dengan fitur melingkar (batang katup, katrol)
Waktu Pemasangan	Singkat (10–30 menit untuk bagian standar)	Sedang (20–45 menit, satu kali pemasangan)
Variasi bahan	Bekerja dengan sebagian besar logam/plastik; terbatas oleh bentuk bagian	Bahan yang sama; dioptimalkan untuk benda kerja melengkung/silinder
Rentang Toleransi	±0,01–0,05 mm	±0,008–0,03 mm

Keterbatasan & Keunggulan Utama

• pemesinan 3 Sumbu kesulitan pada bagian-bagian yang memiliki undercut, lubang miring pada permukaan melengkung, atau fitur yang membungkus—ini memerlukan beberapa kali pemasangan, meningkatkan waktu dan risiko kesalahan.
• pemesinan 4 Sumbu mengatasi hal ini untuk bagian silinder: misalnya, pengeboran lubang interval 45° pada poros baja adalah 3x lebih cepat dengan 4 Sumbu (poros berputar untuk menyelaraskan setiap lubang) dibandingkan dengan 3 Sumbu (pengaturan ulang manual).
• Namun, 4 Sumbu tidak efektif untuk bagian non-silinder dan berbentuk banyak sisi (misalnya, kubus dengan lubang miring pada tiga sisi)—mengubah orientasi bagian menghilangkan efisiensinya.

4 vs. 5 Axis Pemesinan: Kompromi antara Presisi dan Kompleksitas

pemesinan 4 Axis berfungsi sebagai "jalan tengah" untuk kompleksitas, tetapi tidak dapat menandingi kemampuan 5 Axis dalam menangani bagian yang asimetris dan memiliki banyak sisi. Berikut perbandingannya:

1. Penanganan Kompleksitas Bagian

sumbu rotasi ganda pada 5 Axis memungkinkan alat potong 'membungkus' benda kerja—sangat penting untuk bagian seperti rusuk sayap pesawat serat karbon (dengan tepi melengkung, lubang ringan internal, dan titik sambungan miring di semua enam sisi). Seorang produsen dirgantara terkemuka melaporkan:

• waktu produksi 42% lebih cepat dengan 5 Axis dibandingkan 4 Axis.
• Tingkat buangan turun dari 8% menjadi 2% (satu kali pemasangan menghilangkan kesalahan penyelarasan).

2. Presisi & Kualitas Permukaan

sistem 5 Axis menggunakan indeks dinamis untuk menjaga alat potong tetap tegak lurus terhadap permukaan pemotongan, mengurangi keausan alat dan meningkatkan kualitas permukaan. Untuk implan medis (misalnya, penggantian lutut, di mana biokompatibilitas bergantung pada kehalusan):

• 5 Axis mencapai Ra 0,4μm hasil akhir permukaan.
• 4 Axis hanya dapat menjangkau Ra 0.8μm .

3. Biaya & Pemrograman

5 Axis memerlukan:

• Perangkat lunak CAM canggih (dengan alat simulasi) untuk menghindari tabrakan.
• Investasi awal yang lebih tinggi.

 

• Hal ini membuatnya kurang efisien secara biaya untuk bagian yang sederhana atau volume rendah—tetapi sangat berharga untuk komponen yang kompleks dan presisi tinggi.

Penyesuaian Pemesinan Axis terhadap Kebutuhan Material, Geometri, dan Industri

1. Pemilihan Axis Berdasarkan Material & Kekerasan Benda Kerja

Kekerasan material secara langsung memengaruhi pemilihan sumbu, karena material yang lebih keras menghasilkan lebih banyak panas dan berisiko distorsi termal:

Jenis Bahan	Jenis Sumbu yang Direkomendasikan	Alasan
Material lunak (aluminium 6061-T6, plastik ABS)	3 sumbu	Mudah dipotong; gerakan linear mencapai hasil akhir yang diinginkan.
Material keras (baja tahan karat 316L, titanium Ti-6Al-4V)	4/5 Sumbu	Mengurangi frekuensi pemasangan (4 Sumbu) atau meminimalkan penumpukan panas (5 Sumbu).

Berdasarkan panduan Pemesinan ASM International 2022 :

• Untuk material dengan kekerasan >30 HRC (misalnya, baja keras), Permesinan 5 Sumbu memperpanjang masa pakai alat sebesar 35%vs. 3 Sumbu.
• Contoh: Pemesinan benda kerja roda gigi dari baja keras dengan mesin 5 Sumbu menggunakan lintasan alat berbentuk spiral (mendistribusikan gaya/panas), sehingga memperpanjang masa pakai sisipan karbida hingga 50% dibandingkan dengan potongan lurus berkekuatan tinggi pada mesin 3 Sumbu.

2. Kebutuhan Sumbu Berdasarkan Industri

Sektor-sektor berbeda memiliki tuntutan unik yang menentukan pemilihan jumlah sumbu:

Industri	penggunaan Mesin 3 Sumbu	penggunaan Mesin 4 Sumbu	penggunaan Mesin 5 Sumbu
Otomotif	Dudukan mesin, rumah sensor	Poros penggerak, injektor bahan bakar	Kepala silinder performa tinggi untuk balap
Penerbangan	Dudukan struktural sederhana	Komponen silindris dasar	Sudu turbin, rangka pesawat, satelit (91% pembuat sudu turbin menggunakan 5 Axis, menurut laporan 2023)
Medis	Rumah alat plastik	Batang instrumen bedah	Implan pinggul titanium, batang tulang belakang
Barang konsumsi	Casing ponsel plastik, peralatan masak aluminium	Tutup botol (leher berulir)	Casing jam tangan mewah (langka)

Menghindari Kesalahan Umum dalam Pemesinan Axis

1. Kesalahan dalam Pemilihan Axis untuk Volume Produksi

• Terlalu sering menggunakan 5 Axis : Untuk bagian dengan volume rendah dan sederhana (misalnya, 50 braket aluminium), biaya 3 Axis lebih murah 60% (tarif per jam 5 Axis: $150–$300; 3 Axis: $50–$100).
• Kurang memanfaatkan 5 Axis : Untuk bagian kompleks berjumlah besar (misalnya, 1.000 bilah turbin), 4 Axis membutuhkan waktu persiapan 3 kali lebih lama dibandingkan 5 Axis—meningkatkan biaya tenaga kerja dan keterlambatan.
• Mengabaikan Geometri : Bagian undercut (misalnya, alur tersembunyi pada rumah plastik) memerlukan 5 Axis; 3 Axis menyebabkan ketidakselarasan, 4 Axis tidak dapat menjangkau undercut non-silinder. Sebuah studi tahun 2023 menemukan bahwa 68% bagian cacat dari 3/4 Axis berasal dari kesalahan ini.

2. Praktik Terbaik Pemrograman & Persiapan

3 sumbu

• Gunakan G-code dasar untuk gerakan linear.
• Gunakan pelat fixture cepat-ganti untuk mengurangi waktu persiapan (10–15 menit per pergantian bagian).
• Selalu lakukan uji coba tanpa material untuk menghindari tabrakan antara alat dan fixture (alat 3 Axis lebih besar dan lebih rentan terhadap benturan).

4 sumbu

• Gunakan perangkat lunak CAM dengan simulasi 4 sumbu untuk memvisualisasikan rotasi.
• Pusatkan benda kerja pada sumbu A/C (offset 0,1 mm menyebabkan kesalahan dimensi).
• Amankan bagian silindris dengan chuck/collet untuk menjaga konsentrisitas—sebuah pemasok otomotif mengurangi kesalahan hingga 40% dengan penentuan pusat yang tepat.

5 sumbu

• Berinvestasilah pada perangkat lunak CAM canggih (misalnya, Mastercam, SolidWorks CAM) dengan deteksi tabrakan.
• Gunakan meja trunnion 5 sumbu untuk mengamankan benda kerja (memungkinkan rotasi penuh tanpa reposisi).
• Latih programmer tentang "kontrol sudut serang" (menyesuaikan sudut alat untuk meningkatkan hasil akhir/umur alat)—bengkel aerospace yang menerapkan ini mencapai hasil lulus pertama kali sebesar 95%.

Proses Pemilihan Mesin Sumbu Langkah demi Langkah

Ikuti kerangka ini untuk memilih jenis sumbu yang tepat untuk aplikasi industri:

1. Mulai dari Benda Kerja: Geometri, Toleransi, Material

• Geometri : Permukaan datar = 3 Sumbu; fitur silindris/terbungkus = 4 Sumbu; bentuk multi-sisi/bervolume = 5 Sumbu.
  • Contoh: Pelat aluminium datar (3 Sumbu); poros baja dengan alur heliks (4 Sumbu); sudu turbin titanium (5 Sumbu).
• Toleransi : ±0,005 mm atau lebih ketat = 5 Sumbu; ±0,05 mm = 3/4 Sumbu.
• Bahan : Lunak = 3 Sumbu; keras = 4/5 Sumbu.

Laporan Permesinan Presisi 2023 menemukan bahwa bengkel yang menganalisis bagian terlebih dahulu mengurangi kesalahan pemilihan sumbu sebesar 55%.

2. Selaraskan dengan Volume Produksi & Tujuan Biaya

Volume produksi	Bagian Sederhana	Bagian Kompleks
Tinggi (>1.000 unit)	3 Sumbu (biaya rendah)	4/5 Sumbu (pemasangan lebih cepat)
Rendah (1–100 unit)	3 Sumbu (ekonomis)	5 Sumbu (menghindari waktu persiapan berlebih)

Menurut Panduan Pemesinan Industri 2024, analisis biaya-volume (menghubungkan sumbu dengan kuantitas) mengurangi biaya keseluruhan sebesar 22%.

3. Evaluasi Sumber Daya Bengkel

• Ketersediaan Mesin : Gunakan 3 Sumbu untuk bagian sederhana jika tidak ada mesin 4/5 Sumbu; lakukan pekerjaan kompleks secara outsourcing untuk volume rendah.
• Keahlian Programmer : Mulai dengan 4 Sumbu untuk kompleksitas sedang jika tim belum memiliki pengalaman 5 Sumbu.
• Perlengkapan/Peralatan : Pastikan akses ke peralatan khusus (misalnya, meja trunnion untuk 5 Sumbu) sebelum memilih jenis sumbu.