高速銑削Al7475-T7351的銑削參數與基因演算法研究

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詹明霖(ZNAN, MING-LIN) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系在職專班

論文名稱

高速銑削Al7475-T7351的銑削參數與基因演算法研究
(Research of Optimization of Al7475-T7351 High Speed Milling Parameter)

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摘要(中)

鋁合金廣泛運用於航太、軍事、建築、機械、民生、3C、家電、電力、印刷、醫療、半導體產業等。其中航空工業在加工航太器的結構件應用範圍有機頭、機身、機翼等特徵，需使用重量輕且高強度及抗疲勞性材料。因此，如何使鋁合金高速切削是製造的重要議題。本論文以上述為出發，應用五軸龍門加工機高速銑削Al7475-T7351時，探討銑削加工條件對工件表面粗糙度的影響，求得較佳之表面粗糙度的銑削加工條件。首先利用高速切削理論基礎，選擇固定銑削加工條件為主軸轉速、進給率、切削深度及使用切削液。配合變動之銑削加工條件為6種主軸轉速(12000~14000)rpm，6種進給(6000~8000)mm/min，3種切削深度(1~3)mm，共108種組合進行試驗，執行銑削試驗操作後，量測工件之表面粗糙度。將實驗數據進行模型建立，並使用基因演算法求得優化參數組合，以期可縮短加工時間與加工成本，提升生產率。

摘要(英)

Aluminum alloys are widely used in aerospace, military, construction, machinery, people′s livelihood, 3C, appliances, electricity, printing, medical, semiconductor industries, etc. Among them, the aerospace industry has the characteristics of nose, fuselage, wing and so on in the process of aerospace, Lightweight, high-strength and fatigue-resistant materials are required. Hence, How to make aluminum alloy high speed milling is important question in manufacturing. This paper has investigate the characteristics of the surface in high speed milling Al7475-T7351 aluminum alloy by using a five-axis machine tool. The surface roughness the machined surface for different milling conditions are studied, milling conditions for obtaining the best surface roughness. Firstly, based on high speed machining theory is considered to select fixed milling conditions with spindle speed , feed rate, depth of cut and use of cutting fluid. The variable milling conditions with 6 types of spindle speed (12000~14000)rpm, 6 types of feed rate (6000~8000)mm/min, 3 types of depth of cut (1~3)mm, 108 combination of tests are performed, Measured surface roughness of the workpiece. Model the experimental data, genetic algorithm is applied to find the better control parameters of the Milling, a subsequent processing time and cost can be reduced and productivity will be improved.

關鍵字(中)

★ Al7475-T7351
★ 高速銑削
★ 基因演算法
★ 參數最佳化

關鍵字(英)

★ Al7475-T7351
★ High Speed Milling
★ Genetic Algorithm
★ Parameter optimization

論文目次

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 viii
1 第一章緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 1
1.3 文獻回顧 2
1.3.1 高速切削之研究 2
1.3.2 加工參數對表面粗糙度的影響 3
1.3.3 基因演算法應用 4
1.4 本文架構 5
2 第二章高速切削與演算法介紹 6
2.1 前言 6
2.2 高速切削定義 6
2.3 高速切削優勢 9
2.4 高速切削相關重要技術 11
2.4.1 高速主軸 12
2.4.2 刀具刀把型式 13
2.4.3 高速切削刀具 14
2.4.4 高速切削 CAM 軟體 16
2.5 機器學習演算法 18
2.5.1 Decision trees (決策樹) 18
2.5.2 Random Forest (隨機森林) 19
2.5.3 Extra Trees (極限樹) 21
2.6 參數最佳化演算法 – 基因演算法 22
2.6.1 編碼方式 24
2.6.2 適應函數定義 24
2.6.3 擇優複製(Reproduction) 25
2.6.4 交配(Crossover) 26
2.6.5 突變(Mutation) 27
3 第三章實驗規劃與模型設計 29
3.1 硬體設備介紹 29
3.1.1 五軸龍門加工機 29
3.1.2 加工刀具 32
3.1.3 加工材料 33
3.1.4 加工夾治具 34
3.1.5 表面粗度儀 35
3.2 實驗設計 37
3.2.1 實驗步驟 38
3.3 模型建構與說明 40
3.3.1 交叉驗證(cross Validation) 40
3.3.2 模型開發架構 42
4 第四章實驗結果與分析 45
4.1 高速銑削表面粗糙度(Ra) 45
4.1.1 主軸轉速之表面粗糙度比較 46
4.1.2 進給率之表面粗糙度比較 52
4.1.3 切削深度之表面粗糙度比較 58
4.2 模型驗證與收斂情況 64
4.2.1 加工參數模型訓練結果 64
4.3 基因演算法-加工參數模型測試結果 65
4.4 基因演算法-結果驗證分析 66
5 第五章結論與建議 67
5.1 結論 67
5.2 建議 68
6 參考文獻 69
7 附錄一 71

參考文獻

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〔6〕Rajkumar.G,Dr.R.Balasundaram,N.Ganesh,S.Rajaram, “Investigation of Turning Parameters of Machining”,ScienceDirect,Materials Today: Proceedings 5(2018) 11283-11294.
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〔9〕劉懋融，「五軸加工機高速銑削Al6061-T6曲面之特性探討」，國立屏東科技大學機械工程研究所，碩士論文，2014。
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〔11〕吳冠廷，「高速銑削SKD11模具鋼曲面加工參數之特性探討」，國立屏東科技大學機械工程研究所，碩士論文，2016。
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〔15〕楊智綱，「高強度航空用7000 系鋁合金機械性質、抗應力腐蝕破壞性及銲接熱影響區特性之研究」，國立中央大學機械工程研究所，博士論文，2001。

指導教授

董必正(Tung, Pi-Cheng)

審核日期

2022-6-16

推文