基于PPCNC提升学生工程训练综合能力的实践教学研究

王 良，车晓毅，李志刚，杨 莹，蔡悦华

基于PPCNC提升学生工程训练综合能力的实践教学研究

王 良，车晓毅，李志刚，杨 莹，蔡悦华

（湖南文理学院 机械工程学院，湖南 常德 415000）

针对现代数控机床在培养学生的工程训练综合能力上存在的成本高和安全性弱等问题，引入具有高效、安全、经济等特点的PPCNC，对具备传统金工实习知识基础的学生的工程训练综合能力进行进阶式提升，通过教学实践，取得良好的教学效果。

工程训练；PPCNC；综合能力

工程训练是工科学生培养实践能力和创新思维的重要环节。工程训练不仅对学生动手能力培养有积极意义，对学生创新能力、工程意识和综合能力的培养有重要作用，在工科教学中占有重要位置[1-4]。工程训练课程由“金属工艺学”“金工实习”等课程发展而来,教学内容一般包括车削、铣削、刨削、磨削、钳工、焊接、铸造、数控车削、数控铣削（加工中心）等[5-6]。然而培养面向未来新兴产业和新经济需要的实践能力强、创新能力强、具备国际竟争力的高素质复合型“新工科”人才，仅工程训练课程已不足以支撑实践能力强的“新工科”人才培养要求。另外，现代数控机床在教学中存在成本高和安全等问题，在一定程度上限制了学生工程训练综合能力的提高。因此，在学生具备传统金工实习知识的基础上，引入具有高效、安全、经济等特点的PPCNC，将其嵌入至相关课程实验和实习等实践教学环节，是提升学生工程训练综合能力的有效途径。

1 PPCNC介绍

PPCNC，即个人便携式数控机床，是一种专门针对数控加工教学用途研发的教学设备，如图1所示。

该设备以PC机作为数控系统，用数控软件界面进行加工操作，具有自动、手动直接输入操作模式以及刀具设置、刀路模拟、诊断等机床显示状态。PPCNC的控制软件可读取MasterCAM软件生成的G代码，该设备可通过USB接口与安装在操控电脑上的控制软件进行通讯，获得操作指令，执行相应的动作和运动，完成加工，具有安全性好、场地要求低、维护费低、耗材省等特点，且其运动惯性小，设备不易损坏，为高校数控加工教学实践中的人员安全和机床安全问题，提供了良好的解决方案[7-8]。

图1 个人便携式数控机床

2 PPCNC与课程关系

PPCNC在我校机械设计制造及其自动化专业课程体系中，主要嵌入至数控原理与系统课程实验、数控编程技术课程实验、技能训练实习等实践环节，同时作为开放式实验室平台为学生创新性研究及学科竞赛提供支撑，嵌入课程体系如图2所示。

图2 PPCNC嵌入课程体系示意图

3 PPCNC在实践教学中的应用

将PPCNC嵌入到机械设计制造及其自动化专业课程体系，应用于数控原理与系统、数控编程技术课程实验，技能训练实习实践环节和创新性研究及学科竞赛中，根据课程安排教学时间和教学内容。PPCNC的作用一方面将这几门课程教学内容和课外学习有机结合起来；另一方面是在这几门课程之间形成一条以提升学生工程训练综合能力的连续性、进阶式的实践教学主线，即激发学习兴趣—夯实基础知识—提高专业技能—提升工程训练综合能力。

3.1 激发学习兴趣

数控原理与系统课程是学习数控编程技术的先行课程，是掌握数控技术的理论基础，同时也是工程训练综合能力培养的必备知识。由于数控原理与系统的教学内容较为抽象，借助现代数控机床可以让学生了解数控原理与系统的基础知识。但是现代数控机床操作复杂，且设置有安全防护，不能给学生直观展示数控机床结构、特点和工作原理以及数控系统对加工数据处理的流程，而PPCNC则刚好弥补现代数控机床在此教学上的不足。

此外，给学生演示加工程序的生成，让学生使用既定程序，通过课程实验的PPCNC操作，将指定作品进行加工，在学生完成作品过程中，了解数控系统，增强专业自信和成就感，激发学习兴趣，增强自主学习和实践的欲望，为数控原理与系统后续知识的学习打下较好的基础。

数控原理与系统课程实验PPCNC操作的主要目的是激发学习兴趣，对编程、工艺及精度等方面不作要求。因此，其实验项目的加工对象可以是简单零部件铣削、卡通人物造型铣削、图案铣削等。

3.2 夯实基础知识

数控编程技术是一门实践性很强的课程，掌握编程指令、编程方法和数控加工工艺的最好途径就是实践，实践包含编程练习、仿真加工和数控机床加工。编程练习可以熟悉数控编程指令、编程方法；仿真加工和数控机床加工可以检验数控加工工艺安排和程序编写是否正确，尤其是数控机床加工可以检验加工程序和操作技能是否能够保证零件加工的尺寸精度。

利用PPCNC进行数控加工，不受场地限制，且教学可在机房进行，上机时间和教学效果相比在车间进行现代数控机床操作能得到更好的保障，能更好地对学生的数控编程知识进行夯实，同时也为后续现代数控机床的操作学习打下坚实基础。

3.3 提高专业技能

技能训练实习课程是提高学生专业技能的重要实践环节，通过前期的教学改革引入数控技能大赛实操试题和职业资格鉴定考核内容，实践教学的考核标准不再停滞于零件的轮廓要求，而是强调过程考核和最终工件检测考核。在实践过程中进行安全加工意识、计划组织能力等综合素质考核，最终工件检测考核按零件的加工特征精度检测结果去评定成绩[9]。引入PPCNC后，学生可以实现单人单机操作，为了培养学生的创新意识和提高专业技能，教学内容单一零件的加工向多功能产品转移，功能产品的零部件的加工精度满足装配要求与单一零件技能大赛实操试题的过程考核、最终工件检测考核是保持一致性的。学生以小组为单位自主设计一个小型产品，要求自行完成图纸设计、工艺工装、零件加工、产品组装、运动调试。由于是学生自主选定的题目，除基本要求外，没有特别限制，这样便于学生进行创新性设计，从而拓展了学生的思维，培养了团队合作意识，提升了专业技能。学生在该环节的部分作品如图3所示。

图3 技能训练实习实践环节学生作品

3.4 提升工程训练综合能力

通过数控原理与系统、数控编程技术和技能训练实习的实践，学生的创新设计能力、制造工艺编写水平和实践操作技能得到进阶式提高，但是学生的工程应用能力、工程管理能力只是通过课程的实践环节，并不能达到很好的培养效果。因此，还需要以工程训练综合能力竞赛为导向，结合PPCNC加工小型零部件的特点，提升学生的工程训练综合能力。

学生在工程训练综合能力竞赛作品的设计、加工、装配的过程中，本着应用效果是第一位、带着问题主动实践的宗旨，把复杂问题转化为简单问题，把自己生疏的问题转换成熟悉的问题，把不能办到的事情转化为可以办到的事情，激发学生的求知欲望，提高学生独立工作和解决实际问题的能力，促进学生基础文化知识与工程文化素质的培养，帮助学生认识工程，提高专业兴趣[10-11]。工程训练综合能力竞赛“无碳小车”的命题既有“规定动作”，如“8字”“S型”“环形S型”等，又有个性化设计，其结构、材料、工艺、能量转化形式、方向控制、调试手段等完全由参赛者进行自由创新设计，充分展示个性[12]。“无碳小车”作品特点首先是加工精度高，其次是小型零部件比较多。通用数控机床能够满足加工精度要求，但是小型零部件的加工在数控机床上的占机时间比较长，且大部分时间为非加工时间，使作品制作成本增高。另外，学生设计的作品易出现返修加工的情况，因此通用数控机床在“无碳小车”作品制作方面存在成本高、不快捷的问题。而PPCNC刚好能够很好地解决通用数控机床制作“无碳小车”的问题，在保证加工精度的前提下，其成本低、安全快捷，能快速实现小型零部件的加工和及时返修，提高工作效率。图4为学生使用PPCNC加工的零部件安装到“无碳小车”上的情况，运行状况良好。

图4 学生使用PPCNC加工的零部件安装在“无碳小车”上

4 结语

结合PPCNC的高效、安全、经济等特点，通过将其应用到以数控技术课程为主线的实践教学中，以激发学生学习兴趣、夯实基础知识、提高专业技能和提升工程训练综合能力的进阶式教学实践，使学生的工程训练综合能力得到有效提升，教学效果良好。

[1] 盛光英，赵越超，王慧，等. 搞好工程训练改革提高学生综合素质[J]. 改革与开放，2018(10): 135–136.

[2] ]高占凤，吴文江，李周男，等. 基于工程训练的大学生创新教育模式研究[J]. 河北农业大学学报(农林教育版)，2017, 19(6): 78–82.

[3] 王爱华，余艳，霍国良，等. 全开放工程训练教学模式的探索与创新[J]. 实验室研究与探索，2018, 37(10): 171–175.

[4] 梁焱. 本科工程训练平台下数控教学模式探讨[J]. 中国现代教育装备，2010(15): 146–147.

[5] 倪益华，潘晓弘，周继烈，等. 设立高校工程训练课程体系的研究和实践[J]. 实验室科学，2008, 11(6): 11–13.

[6] 夏文胜，查文炜，徐彤彤，等.基于工程素质培养的工程训练实践教学研究[J].现代制造技术与装备，2018(7): 208–209.

[7] 王华权，王钊.个人便携式数控机床的研制及其在教学中的应用[J].中国现代教育装备，2012(11): 4–6.

[8] 于源，雷文.桌面式PPCNC在“CAD/CAM”教学实践中的应用[J].北京化工大学学报(社会科学版)，2013(2): 76–79.

[9] 王良，车晓毅，李志刚，等.以数控技能大赛为导向的数控技术课程实践教学质量提升的探究[J].教育教学论坛，2018(12): 161–162.

[10] 张亚利.依托工程综合能力竞赛培养学生创新能力[J].实验科学与技术，2014, 12(8): 164–165.

[11] 田杰，鲍宏，周小帅.工程训练综合能力竞赛中创新人才培养机制探讨[J].实验技术与管理，2016, 33(12): 17–20.

[12] 韩同样，张若达，邢书明，等.以大赛为导向，提升学生工程训练综合能力[J].实验技术与管理，2012, 29(3): 225–228.

Research on practice teaching for improving students’ comprehensive ability of engineering training based on PPCNC

WANG Liang, CHE Xiaoyi, LI Zhigang, YANG Ying, CAI Yuehua

(College of Mechanical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

In view of the problems of high cost and weak safety in training students’ comprehensive engineering ability for modern numerical control machine tools, PPCNC (personal portable computer numerical control machine) with the characteristics of high efficiency, safety and economy is introduced to improve the training of comprehensive engineering ability for the students who have the knowledge base of traditional metalworking practice. Good teaching effect is achieved through teaching practice.

engineering training; PPCNC; comprehensive ability

G642.0

A

1002-4956(2019)09-0032-04

2019-02-01

湖南省教育厅“机电大学生创新创业教育中心”项目（湘教通[2018]380号）；湖南省高等学校特色学科项目（湘教通[2018]469号），湖南省教育厅教改项目“数控技术课程教学体系的构建”（湘教通[2015]291号）

王良（1990—），男，四川叙永，硕士，助教，研究方向为机械设计制造、数控加工。

10.16791/j.cnki.sjg.2019.09.009