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研究生: 陳則翰
Chen, Ze-Han
論文名稱: 利用深度學習演算法架構圓錐桶型刀銑削鋁合金之表面粗糙度預測模式
Using Deep Learning Method to Set-up a Predictive Model for Surface Roughness by Using a Barrel Cutter in Milling Aluminum Alloy
指導教授: 簡文通
Chien, Wen-Tung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程系所
Department of Mechanical Engineering
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 124
中文關鍵詞: 五軸加工機表面粗糙度圓錐桶型刀深度學習
外文關鍵詞: Five-axis Tool Machine, Surface Roughness, Barrel Cutter, Deep Learning
DOI URL: http://doi.org/10.6346/NPUST202000109
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  • 本研究使用五軸加工機搭配圓錐桶型刀進行銑削實驗,配合使用深度學習演算法建立一個預測模型。首先執行108組加工實驗做為訓練資料,選用的加工參數為切削速度、每刃切削量、精加工步距及切削深度,加工後量測值為表面粗糙度。使用Python程式語言建立30種預測模型,模型選用的參數為隱藏層數、激活函數及訓練次數。將108組實驗參數與量測值分別代入30種預測模型中,獲得30組訓練完成的準預測模型,接著執行24組加工實驗作為測試資料,先將加工參數代入30組準預測模型中分別比較其表面粗糙度預測值與實際值之誤差,找出最佳的一組做為預測模型;結果顯示誤差最小的預測模型為第30組隱藏層數3層、激活函數tanh及訓練次數1000次,得到誤差百分比為5.49 %,可以進行良好的預測。

    The purpose of this research is using five-axis tool machine with conical barrel tool, using Deep Learning Method to Set-up a Predictive Model. First, arrange 108 experiments as training data, the parameters selected including cutting speed, feed per tooth, finishing step and cutting depth, after experiments get the surface roughness. Using Python to build 30 kinds of prediction models, the models parameter selected including hidden layers, activation function and training times. Substituting 108 sets experiments parameters and measured values into 30 prediction models respectively to obtain 30 sets of prediction-models after training, then arrange 24 experiments as test data, Substitute the parameters into 30 kinds of prediction models to compare the difference between the predicted value and the actual value of surface roughness, and find the best as the final prediction model; the result show that the prediction model with the smallest error is 30th, the model parameter are hidden layer with 3 layers, activation function with tanh and training times with 1000 times, the error percentage is 5.49%, which can make a good prediction.

    摘要 I
    Abstract II
    謝誌 III
    表目錄 VIII
    圖目錄 IX
    第1章 緒論 1
    1.1 前言 1
    1.2 文獻回顧 2
    1.2.1 鋁合金切削 2
    1.2.2 圓錐桶型刀 3
    1.2.3 人工智慧 4
    1.3 實驗動機及目的 5
    1.4 論文架構 6
    第2章 理論基礎 7
    2.1 金屬切削原理 7
    2.2 加工參數 9
    2.2.1 切削速度 9
    2.2.2 每刃切削量 10
    2.2.3 精加工步距 10
    2.2.4 切削深度 11
    2.3 表面粗糙度 11
    2.3.1 表面粗糙度表示法 12
    2.4 統計分析 14
    2.4.1 均值分析 14
    2.4.2 變異數分析 15
    第3章 人工智慧 19
    3.1 人工神經元 19
    3.1.1 神經傳遞原理 20
    3.1.2 激活函數 21
    3.2 機器學習 22
    3.2.1 機器學習分類 23
    3.3 深度學習 23
    3.3.1 反向傳播演算法(Back Propagation) 24
    3.4 損失函數 25
    3.4.1 決定係數(R2) 26
    3.4.2 均方根誤差(MSE) 26
    3.4.3 平均絕對誤差(MAE) 26
    3.5 預測表面粗糙度模型建立 27
    第4章 實驗程序 28
    4.1 實驗流程圖 28
    4.2 實驗設備 29
    4.3 實驗刀具與材料 32
    4.3.1 切削刀具 32
    4.3.2 加工材料 33
    4.4 實驗規劃 33
    4.4.1 加工實驗 33
    4.4.2 訓練參數實驗 35
    4.5 實驗流程 37
    4.6 量測步驟與方法 39
    第5章 結果與討論 40
    5.1 表面粗糙度量測結果 40
    5.2 訓練模型損失函數之比較 40
    5.3 模型分數分析 42
    5.3.1 均值分析 43
    5.3.2 變異數分析 44
    5.4 實際誤差百分比分析 45
    5.4.1 均值分析 47
    5.4.2 變異數分析 48
    第6章 結論與未來展望 50
    6.1 結論 50
    6.2 未來展望 51
    第7章 參考文獻 52
    附錄A 全因子實驗規劃表 54
    附錄B 表面粗糙度量測結果 60
    附錄C 模型訓練相關結果 75
    附錄D Python程式 120
    作者簡介 124

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