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機械工業雜誌

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AI 銑削過切肇因分類技術

作者 何筱晨、林政傑、廖建智、王仁傑

刊登日期:2026/11/01

摘要

:精密銑削加工對過切極為敏感,微小的路徑變化、速度差異或伺服誤差皆可能造成工件表面缺陷, 而目前現場多仰賴資深人員經驗判斷異常成因,缺乏可量化與可追溯的分析工具,為改善此痛點,本案 開發AI 銑削過切肇因分類技術,透過擷取商用控制器相關加工訊號並進行特徵萃取,建構多類別AI 分 類模型,以辨識不同過切成因,分類結果可提供過切位置、肇因及對應改善方向,協助工程人員快速排錯, 降低對人工經驗的依賴,提升精密加工異常分析與製程改善效率。

Abstract

Precision milling is highly sensitive to overcutting. Even minor variations in toolpath, velocity, or servo errors may result in surface defects. However, root-cause identification in current machining practices still relies heavily on the experience of skilled operators, with limited quantitative and traceable analysis tools available. To address this issue, this project develops an AI-Based Root Cause Classification for Milling Overcut technology. Machining-related signals are acquired from the CNC controller and processed through feature extraction to construct a multi-class AI classification model for identifying different causes of overcutting. The classification results provide information on the overcut location, root cause, and corresponding improvement actions, enabling engineers to troubleshoot abnormalities more efficiently, reduce dependence on operator experience, and improve process analysis and optimization efficiency in precision machining.

前言

精密銑削加工廣泛應用於航太、汽機車、模具、半導體設備及高階機械零組件等產業,其工件通常具有複雜曲面、高尺寸精度及高表面品質等要求。加工過程中即使只有局部數微米至數十微米的過切,也可能形成明顯刀痕、接刀痕或表面不連續,進而造成後續拋光困難、重工甚至工件報廢。因此,如何快速找出加工表面缺陷的真正成因,是精密加工現場相當重要的問題。

以工具機控制系統而言,加工程式路徑不連續或過密、局部速度變化過大或伺服系統追隨能力不足,皆可能在工件表面形成相似的加工痕跡。目前加工現場遇到表面異常時,往往由資深工程師或老師傅根據刀痕外觀、切削聲音、G-code 及加工參數逐項排查,再透過修改進給率、加減速參數或 CAM 路徑進行反覆試切。此方法高度依賴個人經驗,不同工程人員可能得到不同判斷結果,且當工件型態及加工條件改變時,既有經驗亦不一定能直接套用。

本文提出並開發 AI 銑削過切肇因分類技術,透過商用控制器通訊模組擷取加工程式、速度命令、位置命令、位置回授及伺服誤差等三軸共 15 項加工訊號,經由加工歷程切片與 16 項特徵萃取後,建立 AI 多類別分類模型,可辨識未過切、速度差過切、伺服誤差過切及加工程式過切等四類狀態。

本技術之分類準確率目標達 90% 以上。相較於傳統人工經驗與試誤方式,本技術可自動判別過切肇因並提供對應改善方向,協助工程人員快速掌握異常來源,縮短製程排錯與調整時間,降低對資深人員經驗的依賴,進而提升精密加工品質穩定性與生產效率。

AI 銑削過切肇因分類技術架構

本技術主要由「加工訊號擷取、過切樣本標註、訊號特徵化、AI 模型分類及結果視覺化」五個部分所組成。

首先,利用自主開發之高速通訊模組,以 1 毫秒取樣週期同步擷取 3D 曲面銑削過程中商用控制器之 X、Y、Z 三軸加工動態訊號,包括加工程式、速度命令、位置命令、位置回授及伺服誤差等,共 15 項加工歷程資料。透過毫秒級資料擷取,可完整保留過切發生前後之瞬時控制器動態資訊,使工件表面缺陷位置能與實際加工路徑及控制訊號相互對應,作為後續過切肇因分析與 AI 模型建置之基礎。

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