Autonomous optimization of cutting conditions in end milling operation based on deep reinforcement learning (Offline training in simulation environment for feed rate optimization)

强化学习 计算机科学 自动化 加速度 人工神经网络 控制工程 工程类 人工智能 机械工程 物理 经典力学
作者
Kazuki Kaneko,Toshihiro KOMATSU,Libo ZHOU,Teppei Onuki,Hirotaka Ojima,Jun Shimizu
出处
期刊:Journal of Advanced Mechanical Design Systems and Manufacturing [Japan Society Mechanical Engineers]
卷期号:17 (5): JAMDSM0064-JAMDSM0064
标识
DOI:10.1299/jamdsm.2023jamdsm0064
摘要

Full automation of manufacturing is strongly desired to improve the productivity. Autonomous optimization of the cutting conditions in the end milling operation is one of the challenges in achieving this goal. This paper proposes a system for optimization of the cutting conditions based on Deep Q-Network (DQN), which is a kind of deep reinforcement learning. An end mill is used as an agent and the end milling simulation is employed to provide the environment in the proposed system. Geometric information of interference state between tool and workpiece in the simulation is considered as the state of the environment and acceleration of feed rate is the action for the agent to take. The action is optimized by DQN to maximize the accumulated reward given from the environment, which evaluates how good the scenario of action is. Therefore, the cutting conditions can be optimized according to the defined reward function. We performed three case studies to verify our proposed method, in which the cutting torque is controlled to be a specified value. The objective was successfully achieved regardless of differences in the end milling scenario. The obtained results strongly suggested a fact that the reinforcement learning is a promising solution to autonomous optimization of the cutting conditions.
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