The prediction of tool wear helps minimize costs and enhance product quality in manufacturing. While existing data-driven models using machine learning and deep learning have contributed to the accurate prediction of tool wear, they often lack generality and require substantial training data for high accuracy. In this paper, we propose a new data-driven model that uses Bayesian Regularized Artificial Neural Networks (BRANNs) to precisely predict milling tool wear. BRANNs combine the strengths and leverage the benefits of artificial neural networks (ANNs) and Bayesian regularization, whereby ANNs learn complex patterns and Bayesian regularization handles uncertainty and prevents overfitting, resulting in a more generalized model. We treat both process parameters and monitoring sensor signals as BRANN input parameters. We conducted an extensive experimental study featuring four different experimental data sets, including the NASA Ames milling dataset, the 2010 PHM Data Challenge dataset, the NUAA Ideahouse tool wear dataset, and an in-house performed end-milling of the Ti6Al4V dataset. We inspect the impact of input features, training data size, hidden units, training algorithms, and transfer functions on the performance of the proposed BRANN model and demonstrate that it outperforms existing state-of-the-art models in terms of accuracy and reliability.


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人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN),它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象,建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。
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