基于PPCNC提升學生工程訓練綜合能力的實踐教學研究

王 良，車曉毅，李志剛，楊 瑩，蔡悅華

基于PPCNC提升學生工程訓練綜合能力的實踐教學研究

王 良，車曉毅，李志剛，楊 瑩，蔡悅華

（湖南文理學院 機械工程學院，湖南 常德 415000）

針對現代數控機床在培養學生的工程訓練綜合能力上存在的成本高和安全性弱等問題，引入具有高效、安全、經濟等特點的PPCNC，對具備傳統金工實習知識基礎的學生的工程訓練綜合能力進行進階式提升，通過教學實踐，取得良好的教學效果。

工程訓練；PPCNC；綜合能力

工程訓練是工科學生培養實踐能力和創新思維的重要環節。工程訓練不僅對學生動手能力培養有積極意義，對學生創新能力、工程意識和綜合能力的培養有重要作用，在工科教學中占有重要位置[1-4]。工程訓練課程由“金屬工藝學”“金工實習”等課程發展而來,教學內容一般包括車削、銑削、刨削、磨削、鉗工、焊接、鑄造、數控車削、數控銑削（加工中心）等[5-6]。然而培養面向未來新興產業和新經濟需要的實踐能力強、創新能力強、具備國際竟爭力的高素質復合型“新工科”人才，僅工程訓練課程已不足以支撐實踐能力強的“新工科”人才培養要求。另外，現代數控機床在教學中存在成本高和安全等問題，在一定程度上限制了學生工程訓練綜合能力的提高。因此，在學生具備傳統金工實習知識的基礎上，引入具有高效、安全、經濟等特點的PPCNC，將其嵌入至相關課程實驗和實習等實踐教學環節，是提升學生工程訓練綜合能力的有效途徑。

1 PPCNC介紹

PPCNC，即個人便攜式數控機床，是一種專門針對數控加工教學用途研發的教學設備，如圖1所示。

該設備以PC機作為數控系統，用數控軟件界面進行加工操作，具有自動、手動直接輸入操作模式以及刀具設置、刀路模擬、診斷等機床顯示狀態。PPCNC的控制軟件可讀取MasterCAM軟件生成的G代碼，該設備可通過USB接口與安裝在操控電腦上的控制軟件進行通訊，獲得操作指令，執行相應的動作和運動，完成加工，具有安全性好、場地要求低、維護費低、耗材省等特點，且其運動慣性小，設備不易損壞，為高校數控加工教學實踐中的人員安全和機床安全問題，提供了良好的解決方案[7-8]。

圖1 個人便攜式數控機床

2 PPCNC與課程關系

PPCNC在我校機械設計制造及其自動化專業課程體系中，主要嵌入至數控原理與系統課程實驗、數控編程技術課程實驗、技能訓練實習等實踐環節，同時作為開放式實驗室平臺為學生創新性研究及學科競賽提供支撐，嵌入課程體系如圖2所示。

圖2 PPCNC嵌入課程體系示意圖

3 PPCNC在實踐教學中的應用

將PPCNC嵌入到機械設計制造及其自動化專業課程體系，應用于數控原理與系統、數控編程技術課程實驗，技能訓練實習實踐環節和創新性研究及學科競賽中，根據課程安排教學時間和教學內容。PPCNC的作用一方面將這幾門課程教學內容和課外學習有機結合起來；另一方面是在這幾門課程之間形成一條以提升學生工程訓練綜合能力的連續性、進階式的實踐教學主線，即激發學習興趣—夯實基礎知識—提高專業技能—提升工程訓練綜合能力。

3.1 激發學習興趣

數控原理與系統課程是學習數控編程技術的先行課程，是掌握數控技術的理論基礎，同時也是工程訓練綜合能力培養的必備知識。由于數控原理與系統的教學內容較為抽象，借助現代數控機床可以讓學生了解數控原理與系統的基礎知識。但是現代數控機床操作復雜，且設置有安全防護，不能給學生直觀展示數控機床結構、特點和工作原理以及數控系統對加工數據處理的流程，而PPCNC則剛好彌補現代數控機床在此教學上的不足。

此外，給學生演示加工程序的生成，讓學生使用既定程序，通過課程實驗的PPCNC操作，將指定作品進行加工，在學生完成作品過程中，了解數控系統，增強專業自信和成就感，激發學習興趣，增強自主學習和實踐的欲望，為數控原理與系統后續知識的學習打下較好的基礎。

數控原理與系統課程實驗PPCNC操作的主要目的是激發學習興趣，對編程、工藝及精度等方面不作要求。因此，其實驗項目的加工對象可以是簡單零部件銑削、卡通人物造型銑削、圖案銑削等。

3.2 夯實基礎知識

數控編程技術是一門實踐性很強的課程，掌握編程指令、編程方法和數控加工工藝的最好途徑就是實踐，實踐包含編程練習、仿真加工和數控機床加工。編程練習可以熟悉數控編程指令、編程方法；仿真加工和數控機床加工可以檢驗數控加工工藝安排和程序編寫是否正確，尤其是數控機床加工可以檢驗加工程序和操作技能是否能夠保證零件加工的尺寸精度。

利用PPCNC進行數控加工，不受場地限制，且教學可在機房進行，上機時間和教學效果相比在車間進行現代數控機床操作能得到更好的保障，能更好地對學生的數控編程知識進行夯實，同時也為后續現代數控機床的操作學習打下堅實基礎。

3.3 提高專業技能

技能訓練實習課程是提高學生專業技能的重要實踐環節，通過前期的教學改革引入數控技能大賽實操試題和職業資格鑒定考核內容，實踐教學的考核標準不再停滯于零件的輪廓要求，而是強調過程考核和最終工件檢測考核。在實踐過程中進行安全加工意識、計劃組織能力等綜合素質考核，最終工件檢測考核按零件的加工特征精度檢測結果去評定成績[9]。引入PPCNC后，學生可以實現單人單機操作，為了培養學生的創新意識和提高專業技能，教學內容單一零件的加工向多功能產品轉移，功能產品的零部件的加工精度滿足裝配要求與單一零件技能大賽實操試題的過程考核、最終工件檢測考核是保持一致性的。學生以小組為單位自主設計一個小型產品，要求自行完成圖紙設計、工藝工裝、零件加工、產品組裝、運動調試。由于是學生自主選定的題目，除基本要求外，沒有特別限制，這樣便于學生進行創新性設計，從而拓展了學生的思維，培養了團隊合作意識，提升了專業技能。學生在該環節的部分作品如圖3所示。

圖3 技能訓練實習實踐環節學生作品

3.4 提升工程訓練綜合能力

通過數控原理與系統、數控編程技術和技能訓練實習的實踐，學生的創新設計能力、制造工藝編寫水平和實踐操作技能得到進階式提高，但是學生的工程應用能力、工程管理能力只是通過課程的實踐環節，并不能達到很好的培養效果。因此，還需要以工程訓練綜合能力競賽為導向，結合PPCNC加工小型零部件的特點，提升學生的工程訓練綜合能力。

學生在工程訓練綜合能力競賽作品的設計、加工、裝配的過程中，本著應用效果是第一位、帶著問題主動實踐的宗旨，把復雜問題轉化為簡單問題，把自己生疏的問題轉換成熟悉的問題，把不能辦到的事情轉化為可以辦到的事情，激發學生的求知欲望，提高學生獨立工作和解決實際問題的能力，促進學生基礎文化知識與工程文化素質的培養，幫助學生認識工程，提高專業興趣[10-11]。工程訓練綜合能力競賽“無碳小車”的命題既有“規定動作”，如“8字”“S型”“環形S型”等，又有個性化設計，其結構、材料、工藝、能量轉化形式、方向控制、調試手段等完全由參賽者進行自由創新設計，充分展示個性[12]?！盁o碳小車”作品特點首先是加工精度高，其次是小型零部件比較多。通用數控機床能夠滿足加工精度要求，但是小型零部件的加工在數控機床上的占機時間比較長，且大部分時間為非加工時間，使作品制作成本增高。另外，學生設計的作品易出現返修加工的情況，因此通用數控機床在“無碳小車”作品制作方面存在成本高、不快捷的問題。而PPCNC剛好能夠很好地解決通用數控機床制作“無碳小車”的問題，在保證加工精度的前提下，其成本低、安全快捷，能快速實現小型零部件的加工和及時返修，提高工作效率。圖4為學生使用PPCNC加工的零部件安裝到“無碳小車”上的情況，運行狀況良好。

圖4 學生使用PPCNC加工的零部件安裝在“無碳小車”上

4 結語

結合PPCNC的高效、安全、經濟等特點，通過將其應用到以數控技術課程為主線的實踐教學中，以激發學生學習興趣、夯實基礎知識、提高專業技能和提升工程訓練綜合能力的進階式教學實踐，使學生的工程訓練綜合能力得到有效提升，教學效果良好。

[1] 盛光英，趙越超，王慧，等. 搞好工程訓練改革提高學生綜合素質[J]. 改革與開放，2018(10): 135–136.

[2] ]高占鳳，吳文江，李周男，等. 基于工程訓練的大學生創新教育模式研究[J]. 河北農業大學學報(農林教育版)，2017, 19(6): 78–82.

[3] 王愛華，余艷，霍國良，等. 全開放工程訓練教學模式的探索與創新[J]. 實驗室研究與探索，2018, 37(10): 171–175.

[4] 梁焱. 本科工程訓練平臺下數控教學模式探討[J]. 中國現代教育裝備，2010(15): 146–147.

[5] 倪益華，潘曉弘，周繼烈，等. 設立高校工程訓練課程體系的研究和實踐[J]. 實驗室科學，2008, 11(6): 11–13.

[6] 夏文勝，查文煒，徐彤彤，等.基于工程素質培養的工程訓練實踐教學研究[J].現代制造技術與裝備，2018(7): 208–209.

[7] 王華權，王釗.個人便攜式數控機床的研制及其在教學中的應用[J].中國現代教育裝備，2012(11): 4–6.

[8] 于源，雷文.桌面式PPCNC在“CAD/CAM”教學實踐中的應用[J].北京化工大學學報(社會科學版)，2013(2): 76–79.

[9] 王良，車曉毅，李志剛，等.以數控技能大賽為導向的數控技術課程實踐教學質量提升的探究[J].教育教學論壇，2018(12): 161–162.

[10] 張亞利.依托工程綜合能力競賽培養學生創新能力[J].實驗科學與技術，2014, 12(8): 164–165.

[11] 田杰，鮑宏，周小帥.工程訓練綜合能力競賽中創新人才培養機制探討[J].實驗技術與管理，2016, 33(12): 17–20.

[12] 韓同樣，張若達，邢書明，等.以大賽為導向，提升學生工程訓練綜合能力[J].實驗技術與管理，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

湖南省教育廳“機電大學生創新創業教育中心”項目（湘教通[2018]380號）；湖南省高等學校特色學科項目（湘教通[2018]469號），湖南省教育廳教改項目“數控技術課程教學體系的構建”（湘教通[2015]291號）

王良（1990—），男，四川敘永，碩士，助教，研究方向為機械設計制造、數控加工。

10.16791/j.cnki.sjg.2019.09.009