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表 面粗糙度仪的工作原理表面质量的特性是零件最重要的特性之一，在计量科学中表面质量的检测具有重要的地位。最早人们是用标准样件或样块，通过肉眼观察或用 手触摸，对表面粗糙度做出定性的综合评定。1929年德国的施马尔茨(g.schmalz)首先对表面微观不平度的深度进行了定量测量。1936年美国的 艾卜特(e.j.abbott)研制成功第一台车间用的测量表面粗糙度的轮廓仪。1940年英国taylor-hobson公司研制成功表面粗糙度测量仪 “泰吕塞夫(talysurf)”。以后，各国又相继研制出多种测量表面粗糙度的仪器。目前，测量表面粗糙度常用的方法有：比较法、光切法、干涉法、针描 法和印模法等，而测量迅速方便、测值精度较高、应用最为广泛的就是采用针描法原理的表面粗糙度测量仪。本文将详细讨论表面粗糙度测量仪的原理及其改进方 案。1 传统表面粗糙度测量仪的工作原理1.1 针描法针描法又称触针法。当触针直接在工件被测表面上轻轻划过时，由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针将在垂直于被测轮廓表面方向上产生上下移动，把这种移通 过电子装置把信号加以放大，然后通过指零表或其它输出装置将有关粗糙度的数据或图形输出来。1.2 仪器的工作原理采用针描法原理的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成。电感传感器是轮廓仪的主要部件之一，其工作原 理见图2，在传感器测杆的一端装有金刚石触针，触针尖端曲率半径r很小，测量时将触针搭在工件上，与被测表面垂直接触，利用驱动器以一定的速度拖动传感 器。由于被测表面轮廓峰谷起伏，触状在被测表面滑行时，将产生上下移动。此运动经支点使磁芯同步地上下运动，从而使包围在磁芯外面的两个差动电感线圈的电 感量发生变化。图3为仪器的工作原理主框图。传感器的线圈与测量线路是直接接入平衡电桥的，线圈电感量的变化使电桥失去平衡，于是就输出一个和触针上下的 位移量成正比的信号，经电子装置将这一微弱电量的变化放大、相敏检波后，获得能表示触针位移量大小和方向的信号。此后，将信号分成三路：一路加到指零表 上，以表示触针的位置，一路输至直流功率放大器，放大后推动记录器进行记录；另一路经滤波和平均表放大器放大之后，进入积分计算器，进行积分计算，即可由 指示表直接读出表面粗糙度ra值。指零表的作用反映铁芯在差动电感线圈中所处的位置。当铁芯处于差动电感线圈的中间位置时，指零表指针指示出零位，即保证 处于电感变化的线性范围之内。所以，在测量之前，必须调整指零表，使其处于零位。噪声滤波的目的在于剔除一些干扰信号，如电气元件的噪声所引起的虚假信 号。大量的测试表明，高于400hz的信号即不是被测表面粗糙度所引的信号，必须从总信号中加以剔除。所以噪声滤波器是一种低通(低频能通过)滤波器，它 使400hz以下的低频信号顺利通过，而将400hz以上的高频信号迅速衰减，从而达到滤波的目的。波度滤波的目的则是用以滤掉距大于取样长度的波度，因 此它是一个高通(高频能通过)滤波器，使表面粗糙度所引起的高频(相对于波度引起的低频而言)信号能自由通过。经过噪声滤波和波度滤波以后，剩下来的就是 与被测表面粗糙度成比例的信号，再经平均表放大器后，所输出的电流i与被测表面轮廓各点偏离中线的高度y的绝对值成正比，然后经积分器完成的积计算，得出 ra值，由指零表显示出来。这种仪器适用于测定0.02-10μm的ra值，其中有少数型号的仪器还可测定更小的参数值，仪器配有各种附件，以适应平面、 内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面、以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。测量迅速方便，测值精度高。2 传统表面粗糙度测量仪的不足传统表面粗糙度测量仪存在以下几个方面的不足：
(1)测量参数较少，一般仅能测出ra、rz、ry等少量参数；
(2)测量精度较低，测量范围较小，ra值的范围一般为0.02-10μm左右；
(3)测量方式不灵活，例如：评定长度的选取，滤波器的选择等；
(4)测量结果的输出不直观。造成上述几个方面不足的主要原因是：系统的可靠性不高，模拟信号的误差较大且不便于处理等。
3 对传统表面粗糙度测量仪的改进
3.1 传统表面粗糙度测量仪的改进方案为了克服传统表面粗糙度测量仪的不足，应该采用计算机系统对其进行改进。例如，英国兰克精密机械有限公司制造的“泰吕塞夫 (talysurf)”10型和我国哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪就采用了计算机系统，使其性能较之传统表面粗糙度测量仪有极大的提 高。其基本原理如图4所示，从相敏整流输出的模拟信号，经过放大及电平转换之后进入数据采集系统，计算机自动地将其采集的数据进行数字滤波和计算，得到测 量结果，测量结果及轮廓图形在显示器显示或打印输出。要采用计算机系统对传统的表面粗糙度测量仪进行改进，就要编制相应的计算机软件，最好采用比较直观的 菜单形式。可以按如图5所示的菜单使用流程图编制软件：
3.2 改进后的表面粗糙度测量仪的功能及使用效果由于采用计算机系统，将模拟信号转换为数字信号进行灵活的处理，显著地提高了系统的可靠性，所以既大大增加了测 量参数的数量，又提高了测量精度。例如：哈尔滨量具刃具厂制造的2205型表面粗糙度测量仪的测量参数多达二十六个，测量范围为0.001～50μm，可 任选1～5倍的取样长度作为评定长度，测量结果及图形在显示器、打印机或绘图仪上非常直观地输出来。它还采用了较为先选的可选择的数字滤波器，它与模拟滤 波器相比其特性更为准确，且不会有元器件参数误差带来的影响。另一方面，若在表面粗糙度仪测量实验的教学过程中引入改进后的表面粗糙度仪，就实验的直观教 学功能而言，也很有意义。改进后的电动输廓仪，通过计算机软件与硬件的结合(尤其是软件)大大加强了实验过程的直观性，这体现在以下几个方面：
(1)整个实验过程非常直观地通过软件的各级菜单进行控制。操作简单、一目了然。
(2)输入与显示同步，即在测量进行过程的同时，触针在被测表面上滑行的轨迹动态地显示在计算机屏幕上。
(3) 测量结果及相关图形能非常直观地、准确地输出在显示器、打印机或绘图仪上。很显然，以上这些直观的教学效果是其它传统的表面粗糙度测量实验方法所不具备 的。它在得到正确的测量结果的同时，还充分运用了直观教学的原理，帮助学生加深对表面粗糙度的概念及其各种参数的直观理解。
4 结束语
(1) 传统的表面粗糙度测量仪由传感器、驱动器、指零表、记录器和工作台等主要部件组成，从输入到输出全过程均为模拟信号。而在传统的表面粗糙度测量仪的基础 上，采用计算机系统对其进行改进后，通过模-数转换将模拟量转换为数字量送入计算机进行处理，使得仪器在测量参数的数量、测量精度、测量方式的灵活性、测 量结果输出的直观性等方面有了极大的提高。
(2)从前面的分析知，整个改进方案并不复杂，因此对于目前仍广泛使用的传统的表面粗糙度测量仪的改进具有一定的意义。
(3) 随着电子技术的进步，某些型号的表面粗糙度仪还可将表面粗糙度的凹凸不平作三维处理，测量时在相互平行的多个截面上进行，通过模 -数变换器，将模拟量转换为数字量，送入计算机进行数据处理，记录其三维放大图形，并求出等高线图形，从而更加合理的评定被测面的表面粗糙度。
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問題01． 金属を加工する場合には、金属が持つ性質、「可融性」「塑性」「被削性」を利用して行う。
［解答］ 正
［解説］ 金属には、「可融性」「塑性」「被削性」の３つの特性があります。

1. 可融性・・・金属をある温度以上に加熱、溶融して液体とし、鋳造や溶接等の加工を可能とする性質の事をいいます。
2. 塑性・・・金属に打撃や圧縮等の外力を加え、延ばしたり、曲げたりして、色々な形に成形出来る性質の事をいいます。
3. 被削性・・・バイトや砥石等の刃物を用いて切削出来る性質の事をいいます。

問題02． 切り屑を出さない加工方法には、「切削」「研削」「研磨」「手仕上げ」等がある。
［解答］ 誤
［解説］ 切り屑を出さない加工方法には、「鋳造」「塑性」「溶接」等があります。

1. 鋳造・・・砂型鋳造、金型鋳造、シェル型鋳造等。
2. 塑性・・・鍛造、圧延、引抜き、押し出し、板金プレス、製缶、転造等。
3. 溶接・・・ガス溶接、ア－ク溶接、抵抗溶接、レーザー溶接等。

問題03． 切り屑を出す加工方法には、「鋳造」「塑性」「溶接」等がある。
［解答］ 誤
［解説］ 切り屑を出す加工方法には、「切削」「研削」「研磨」「手仕上げ」等があります。

1. 切削・・・旋削、穴明け、中ぐり、フライス削り、形削り、平削り、ブロ－チ削、歯切り、切断等。
2. 研削・・・円筒研削、内面研削、平面研削、工具研削等。
3. 研磨・・・ラップ、バレル研磨、電解研磨、超仕上げ、バフ仕上げ等。
4. 手仕上げ・・・やすり仕上げ、はつり仕上げ、きさげ等。

問題04． 汎用機とは、最も一般的に用いられている機械の事をいい、加工物の大きさや材質等の広範囲な条件に対応した加工が出来る。
［解答］ 正
［解説］ 加工物の大きさや材質等を広範囲に加工出来る工作機械の事を汎用機といいます。
問題05． 単能機とは、量産を目的とした機械の事をいい、１工程のみの加工を行う様にした機械である。
［解答］ 正
［解 説］ 部品加工の１工程だけを行う様にし、量産を目的とした工作機機を単能機といいます。従って、単能機の欠点は、１工程のみの加工しか出来ない事です。問題 06． 専用機とは、１つの部品を加工ステ－ションに於いて、数～数10 個所の加工を行う様にした機械である。
［解答］ 正
［解説］ ボルトやナット、自動車部品のシリンダケ－ス等の様に、数～数10箇所の加工を行う部品を加工可能にした工作機械を、専用機といいます。又，数箇所の加工 ステ－ションを設け、素材を搬入して、各ステ－ションへ次から次へと移送しながら、加工を施し、搬出すると部品として完成する機械や加工だけでなく、計測 も自動で行いながら、加工して行く、トランスファ－マシン等も専用機といわれています。
問題07． 工具（ドリル等）を取り付けた主軸を回転させ、ハンドルによって、加工部品を載せたテ－ブルを上下させ、切込み運動を与えて、加工する機械をボ－ル盤という。
［解答］ 誤
［解 説］ ボ－ル盤は、工具（ドリル等）を取り付けた主軸を回転させ、ハンドルによって、主軸を上下させ、切り込み運動を与え加工する工作機械で、一般に、直径 13ｍｍ 以下のドリルを用い、主軸の送りは、目分量を手動で行い、主軸の回転数は、2～3 段階の段車のベルトを掛け替えて変える事が出来るものを「卓上ボ－ル盤」といいます。又、コラム、主軸、ベ－ス、及び、テ－ブルの主要部分からなり、ワ－ クをテ－ブルに固定し、主軸の送りは、自動送り装置によって行い、主軸の回転数は無段階に変える事が出来るものを「直立ボ－ル盤」、ア－ム（腕）が昇降、 旋回し、ア－ムの上を主軸が水平に移動する様になっており、大形のワ－クを加工する様にしているものを「ラジアルボ－ル盤」といいます。ラジアルボ－ル盤 は、作業範囲が広く、大きなワ－クを固定したまま、主軸頭を移動させたり、多数のワ－クを並べて置いて、順次加工を進めて行く事が出来ます。

問題08． 旋盤は、被削材を回転させて加工する工作機械である。
［解答］ 正
［解 説］ 旋盤は、最も多く用いられている工作機械で、被削材（工作物）を主軸と共に回転させ、工具（バイト）を接触させて、切削する機械です。主に外周を円筒形に 削るのを目的にした機械ですが、丸棒の切断、突っ切り、中ぐり、正面削り、曲面削り、きりもみ、おねじ切り、めねじ切り、研削等の作業も出来ます。又、旋 盤は、構造や用途によって使い分けられており、卓上旋盤、タレット旋盤、自動旋盤、車軸旋盤、ねじ切り旋盤、特殊旋盤等があります。

問題09． 二番取り旋盤とは、ねじ、タップやフライス等の二番（逃げ）取りに用いられる、特殊旋盤の事をいう。
［解答］ 正
［解 説］ 切削作業、或いは、穴明け作業を行う場合に用いる工具には、切削した面をこすらない様に、工具先端に逃げ面が付けてあります。この逃げの角度を先端逃げ、 又は、２番といいます。２番は、被削材によって対応させ、一般に、硬い被削材には小さく、軟らかい材料には大きくしてあります。２番は、大きい方が切れ味 が良いのですが、切れ刃が弱くなるのが欠点です。

工具（ドリル、タップ、バイト、フライス等）のこの様な２番取りに用いられる特殊旋盤の事を２番取り旋盤といいます。
問題10． フライス盤は、工具（フライス）を回転させて、被削材を加工する工作機械である。
［解答］ 正
［解説］ 主軸に取り付けた工具（フライス）を回転させ、被削材を載せたテ－ブルを前後、左右、上下に移動させ加工する工作機械で、横型フライス盤と立形フライス盤があります。又、工具を回転させて加工する機械には、ボ－ル盤、中ぐり盤、研削盤、歯切り盤等があります。



フライス盤作業の種類問題11． 形削盤は、工具（バイト）を取り付けた刃物台が、クロスレ－ル上を左右上下に移動し、切込み運動を与え、被削材を載せたテ－ブルを前後に移動させて、加工する工作機械である。
［解答］ 誤
［解 説］ 形削り盤とは、前後に直線移動するラムに、工具（バイト）を取り付ける刃物台が保持されており、この刃物台を下降させる事によって、工具に切り込み運動を 与え被削材を載せたテ－ブルを左右に移動させ、平面や側面を加工する工作機械の事をいいます。又、工具（バイト）を取り付けた刃物台が、クロスレ－ル上を 左右上下に移動し、切込み運動を与え、被削材を載せたテ－ブルを前後に移動させて、加工する工作機械は平削盤といいます。
問題12． 円筒研削盤は、被削材を載せたテ－ブルを移動し、工具（砥石）を取り付けた砥石軸を回転させ、切込み運動を与えて、加工する工作機械である。
［解答］ 誤
［解 説］ 研削盤は、砥石を回転させて加工物の表面を削り取り、その面を平滑にし精密仕上げを行う工作機械で、旋削、フライス削り、平面削り、焼入れ、焼き戻しを施 した加工物、切削加工の難しい、或いは、切削加工の出来ない材質（石、コンクリ－ト、ガラス、その他の非金属類等）の加工物を砥石を使用して精密な寸法、 或いは、平滑な面に仕上げるのに用います。
円筒研削盤は、工具（砥石）を取り付けた砥石軸を回転させ、研削運動と切り込み運動を与え、主軸と心押 し台に支えられた円筒形の被削材を回転させながら移動させ、研削を行う工作機械で、並形と万能形があり、並形は、円筒研削のみしか研削出来ませんが、砥石 台、及び、主軸台が回転する万能形では、テ－パ軸や内面研削も出来ます。又、円筒研削盤には、比較的小さい部品の加工に用いるテ－ブル移動式のもの、圧延 ロ－ル等の大形部品を加工する砥石車が切り込み、軸方向送りを行う砥石台移動式のもの、比較的短い段付け部品を総型砥石等で、切り込み送りにより研削する フランジカット形があります。
被削材を載せたテ－ブルを移動し、工具（砥石）を取り付けた砥石軸を回転させ、切込み運動を与えて、加工する工作機 械は、平面研削盤です。平面研削盤には、横軸角テ－ブル形式のものと、立軸丸テ－ブル形式のものがあり、横軸角テ－ブル形式のものは、ワ－クの平面を研削 する機械で、テ－ブルが左右に往復運動し、テ－ブル、又は、砥石が前後に移動して研削します。フライス盤等の加工に比べ、切り込み量は少ないのですが、表 面粗さや寸法精度の良い仕上げ面が得られ、角形マグネットチャックを用いる事によって、ワ－クの取り付け、取り外しが効率よく行えます。機種によっては、 大形部品の研削が出来る旋盤のベットの様な門形タイプのもあります。立軸丸テ－ブル形式のものは、垂直な砥石軸に取り付けられたカップ状の砥石の底面で、 円形テ－ブル上に取り付けた被削物（ワ－ク）を、円形テ－ブルを回転しながら研削します。連続運転のため横軸角テ－ブル形式のものに比べ、高能率であるの で、粗研削に適しています。研削盤にはこの他に、内面研削盤、心なし研削盤、工具研削盤、ドリル研削盤、ねじ研削盤、歯車研削盤、専用的な機種の、クラン クシャフト研削盤、ロ－ル研削盤、カム研削盤、両頭研削盤等があります。




問題13． 穴のキ－溝等を、ラムの上下運動によって、加工する機械を立削り盤という。
［解答］ 正
［解説］ 立削り盤は、スロッティングマシンともいわれ、形削り盤を立て形にした機械で、機能、構造共に良く似ています。加工方法は、刃物台を取り付けているラムの上下運動によって、工具（バイト）が穴のキ－溝等を上から下へ削ります。
問題14． 旋盤では、テ－パ削り、曲面削り、めねじ切り、穴明け加工は出来ない。
［解答］ 誤
［解説］ 旋盤作業の種類には、次に示す様なものがあります。

これで判る様にテ－パ削り、曲面削り、めねじ切り、穴明け加工等ができます。
問題15． ボ－ル盤では、ねじ立て加工やリ－マ加工等の作業が出来ない。
［解答］ 誤
［解説］ ドリル、タップ、リ－マ等の工具をボ－ル盤の主軸に取り付けて、穴明け、ねじ立て、リ－マ加工等を行います。問題21． 切削加工を行う場合に、切削剤を使用する主たる目的は、被削材と工具に潤滑効果を与えることである。
［解答］ 正
［解説］ 切削剤は、被削材と工具に潤滑効果を与え、切削を助けるために用いるばかりでなく、被削材や工具の冷却効果を与える目的もあります。
問題22． 研削加工に用いられる砥石の結合剤は、砥石を成形させる役目と気孔の大小を決める役目がある。
［解答］ 誤
［解 説］ 結合剤には、砥粒を適当な強さに結合し、成形する役目と、砥石の切れ味を保持する役目があります。又、気孔は、研削屑を取除き、研削で発生する熱を少なく する役割があり、気孔の大きさは、砥石の全容積中に占める砥粒の割合によって決まります。密度の大きいものは、砥粒が多く気孔が小さく、密度の小さいもの は、砥粒が少なく気孔が大きくなります。
問題23． 研削加工に用いられる砥石の結合度とは、砥粒を固めている結合剤の強弱の度合（軟らかい、硬い）によって決まる、砥石の強さの事をいう。
［解答］ 正
［解 説］ 一般に、硬い砥石とか、軟らかい砥石とか、いわれているのは、結合度の事で、極軟質（Ａ～Ｇ）、軟質（Ｈ～Ｋ）、中質（Ｌ～Ｏ）、硬質（Ｒ～Ｓ），極硬質 （Ｔ～Ｚ）に分けられ、アルファベット記号で分類されています。強い（硬い）砥石は、目詰まりが発生して切れ味が鈍くなり、弱い（軟らかい）砥石は、目こ ぼれや損耗が早く経済性が劣ります。
問題24． ＮＣ機械は、高能率で省力効果もあり、機構が簡単なため、維持コストが安価である。
［解答］ 誤
［解説］ ＮＣ機械の長所には
（１）高能率
　　　①　一人で複数台の使用が可能
　　　②　けがき作業が不要
　　　③　治具や取付け具の簡略化が可能
　　　④　常時、最適条件で作業が可能
　　　⑤　工程管理が容易で工数の削減が図れる
　　　⑥　品質の安定が図れる
（２）省力効果
　　　①　熟練度不要
　　　②　操作ミスや疲労による能率低下がない
　　　③　品質が安定しているので検査工数の削減、又は、省略が可能となる
（３）その他
　　　①　従来の汎用機では困難な複雑な加工もできる
　　　②　テープを交換すれば容易にワークの切換えができる
等があり、欠点には、
　　　①　プログラムが必要
　　　②　機械が高価
　　　③　機構が複雑なため維持コストがかさむ
等があります。
問題25． 電気加工法とは、切削工具を用いる加工方法に代って、工具に電極を用い、被削材との間に電流を通じ、発生する電気エネルギ－にて、被削材を所要の形状に成形する加工方法をいう。
［解答］ 正
［解 説］ 電気加工法には、放電現象を利用して、電極形状に倣って、ワ－ク（被削材）の表面を微量づつ取去り、所要の形状に成形する放電加工、めっきとは反対に、電 気分解によって、ワ－クの表面を除去する電解加工、ワ－クを正極とし、電極（一般には鉛）を負極として、電解液中につるし、表面を電解して、光沢を持つ平 滑な面を得る電解研磨、電解研磨で発生するワ－ク表面を機械的な研削作用と併用して、除去する複合加工法等があります。問題01． 工作機械を工具と被削材の運動方式で、分類する方法があるが、誤っているものはどれか。

イ． 切削運動
ロ． 送り運動
ハ． 切込み運動
ニ． 回転運動
［解答］ ニ
［解説］ 工作機械は、被削材と切削工具（バイト、ドリル等）との間に、次に示す様な運動をさせ加工します。

1. 切削運動
加工するための工具の刃先が、移動する運動をいい、工具、又は、被削材が回転するタイプと直線運動するタイプがあります。
2. 送り運動
これから切削しようとする被削材の位置に工具の刃先を、次々に移動させる運動で、連続運動と間欠運動があり、機械により両方の運動をするタイプがあります。
3. 切込み運動
被削材を必要寸法にするため、機械に付属する目盛りを用いて、工具の刃先、又は、機械を動かす運動です。

従って、ニ．の回転運動は、切削運動の被削材や切削工具の動きの事をいっていますので、工作機械を分類する工具と被削材の運動方式には、当てはまりません。これら三つの方法（工具と被削材の運動方式）よって、工作機械を分類すると、次表の様になります。
問題02． 次に示す、各種旋盤の特徴について、誤っているものはどれか。

イ． 普通旋盤は、ワークの内外面の切削、ねじ切り、端面削り等の加工を主にバイトを用いて行い、一般に、中、小物部品の製作に用いられている。
ロ． 正面旋盤は、普通旋盤のベット滑り面を短くし、往復台を頑丈にして、重切削加工を可能にした工作機械で、主に直径に比べ、長さが短いワ－クの正面削りに用いられている。
ハ． タレット旋盤は、普通旋盤に自動工具交換装置を設け、数種類の加工工程を自動運転にて加工する工作機械で、大物部品の多量生産に用いられている。
ニ． 立旋盤は、普通旋盤を立てた形状をしており、段取りが容易になる様にした工作機械で、大径で、長さの短いワ－クの加工に用いられている。
［解答］ ハ
［解説］ タレット旋盤は、タレット形の刃物台に、加工順に刃物を取付けて、加工する機械で、一般に、小物同一部品の多量生産に用いられています。
問題03． 次の記述中の（　　）内に入る語句の組合せとして、適切なものはどれか。

加工をするために、工具の刃先が移動する運動を（　①　）運動といい、工具が（　②　）運動するタイプの工作機械には、（　③　）がある。


　① 　② 　　③
イ． 切削 回転 歯切り盤
ロ． 突込み 直線 旋盤
ハ． 送り 間欠 平面研削盤
ニ． 切削 連続 形削り盤
［解答］ イ
［解 説］ 加工をするために、工具の刃先が移動する運動を切削運動といいます。切削運動には、回転運動、直線運動があり、被削材、或いは、工具を回転運動させて加工 するる機械と被削材、或いは、工具を直線運動させて、加工する機械があります。工具が回転運動して加工するタイプの工作機械には、歯切り盤の他に、フライ ス盤、中ぐり盤、ボ－ル盤、研削盤等があります。又、被削材を回転させて加工するタイプの工作機械には、旋盤等があります。
問題04． 次の記述中の（　　）内に入る語句の組合せとして、適切なものはどれか。

これから切削しようとする被削材の位置に工具の刃先を次々に移動させる運動を（　①　）運動といい、被削材を（　②　）運動させて加工するタイプの工作機械の１つに、（　③　）がある。


　① 　② 　　③
イ． 送り 連続 旋盤
ロ． 切削 間欠 フライス盤
ハ． 突込み 連続 平削り盤
ニ． 送り 間欠 形削リ盤
［解答］ ニ
［解 説］ これから切削しようとする被削材の位置に、工具の刃先を次々に移動させる運動を送り運動といい、送り運動には、連続運動と間欠運動、これら二つを組合わせ た連続間欠運動があります。被削材を連続送り運動させて、加工するタイプの工作機械には、フライス盤、中ぐり盤、円筒研削盤、歯切り盤等があり、工具を連 続送り運動させて、加工するタイプの工作機械には、旋盤、ボ－ル盤、中ぐり盤、内面研削盤、金切り帯鋸盤等があります。被削材を間欠送り運動させて、加工 するタイプの工作機械には、研削盤、立削り盤、歯車形削り盤等があり、工具を間欠送り運動させて、加工するタイプの工作機械には、平削り盤等があります。 被削材を連続・間欠送り運動させて、加工するタイプの工作機械には、フライス盤、中ぐり盤等があります。
問題05． 次の記述中の（　　）内に入る語句の組合せとして、適切なものはどれか。

被削材を必要寸法にするため、機械に設けてある目盛りを用いて、工具の刃先、或いは、被削材を動かす運動を（　①　）運動といい、（　②　）に切込み運動を与えて、加工するタイプの工作機械に、（　③　）がある。


　① 　② 　　③
イ． 送り 工具 中ぐり盤
ロ． 切込み 被削材 フライス盤
ハ． 送り 被削材 旋盤
ニ． 切込み 工具 フライス盤
［解答］ ロ
［解 説］ 被削材を必要寸法にするため、機械に設けてある目盛りを用い、工具の刃先、或いは、被削材を動かす運動を切り込み運動といいます。被削材に切り込み運動を 与えて、加工するタイプの工作機械には、フライス盤、中ぐり盤等があり、工具に切り込み運動を与えて、加工するタイプの工作機械には、中ぐり盤、形削り 盤、平削り盤、研削盤等があます。問題06． 次に示す、ボ－ル盤の用途、及び、特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． 直立ボ－ル盤や卓上ボ－ル盤は、最も一般的な機械で、中、小物部品の穴明け、ねじ立て、リ－マ加工に用いられる。
ロ． 多軸ボ－ル盤は、駆動機構に、遊星歯車や自在継手を用い、数本～数10本のスピンドルを同時に回転させ、多数の穴を能率良く加工する事が出来る機械です。
ハ． タレットボ－ル盤は、中、小物部品の量産用に、直立ボ－ル盤を数台並べ、テ－ブルを共用とした機械で、工程毎の工具交換の必要がなく、能率的な加工が出来る。
ニ． ラジアルボ－ル盤は、コラムに支えられたア－ムが上下、左右に、運動し、主軸頭はア－ム上を水平に移動する機械で、大形部品の穴明け、ねじ切り、中ぐり等の加工に用いられる。
［解答］ ハ
［解 説］ タレットボ－ル盤は、主軸に5～8 個の工具が交換可能に、搭載されたタレットが設けてあり、工程順にタレットに準備されたドリルやタップ等で、主に、中小部品の加工に用いられている工作機 械です。又、中、小物部品の量産用に、直立ボ－ル盤を数台並べ、テ－ブルを共用とした機械で、工程毎の工具交換の必要がなく、能率的な加工が出来る工作機 械は、多頭ボ－ル盤といいます。
問題07． 次に示す、フライス盤の用途、及び、特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． 汎用フライス盤には、ひざ形フライス盤と生産形フライス盤がある。
ロ． 横形フライス盤は、工具を取り付ける主軸がコラムに水平に設けてあり、小形部品の角、及び、側面削り、切断加工等に用いられている。
ハ． 固定したタイプと上下に移動するタイプがあり、平削りや溝削り等に用いられている。
ニ． 万能形フライス盤は、テ－ブルが上下せず、剛性が大きく、横形には、単頭型と復頭型があり、同一部品の大量生産に用いられている。
［解答］ ニ
［解 説］ 万能形フライス盤は、横形フライス盤と似た構造で、テ－ブルが旋回する等の機構が付加されているため、広範囲な加工が出来、作業範囲が広くドリルのねじれ 溝等の加工も出来ます。同一部品の大量生産を目的とし、テ－ブルが上下に移動しない様にして、剛性を大きくしたフライス盤を、ベット形フライス盤（生産フ ライス盤）といいます。又、ベット形横形フライス盤には、単頭型と復頭型にしたフライス盤があります。
問題08． 次の記述中の（　　）内に入る語句の組合せとして、適切なものはどれか。

旋 盤の（　①　）は、「主軸台」「往復台」及び「心押し台」を支えているもので、（　②　）の中央部には、旋盤の最も重要な部分である主軸を支持し、主軸と 対向して、ベットに移動可能にした（　③　）を設け、そのセンタを工作物のセンタに入れ、主軸台と共に工作物を支持して、回転運動を与える様にしている。 また、主軸台と心押し台との間には、ベット上を左右に移動する（　④　）を設け、その上面には、ベットに直角の方向に移動可能にした、刃物台が設けてあ る。


　① 　② 　　③ 　　④
イ． ベット 主軸台 心押し台 往復台
ロ． 主軸台 心押し台 往復台 ベット
ハ． 心押し台 往復台 ベット 主軸台
ニ． 往復台 ベット 主軸台 心押し台
［解答］ イ
［解 説］ 旋盤の（ ① ベット ）は、「主軸台」「往復台」及び「心押し台」を支えているもので、（ ② 主軸台）の中央部には、旋盤の最も重要な部分である主軸を支持し、主軸と対向して、ベットに移動可能にした（ ③ 心押し台）を設け、そのセンタを工作物のセンタに入れ、主軸台と共に工作物を支持して、回転運動を与える様にしている。又、主軸台と心押し台との間には、 ベット上を左右に移動する（ ④ 往復）を設け、その上面には、ベットに直角の方向に移動可能にした、刃物台が設けてあります。
問題09． 次に示す、中ぐり盤の特徴に関する記述の内、正しいものはどれか。

イ． 横中ぐり盤は、中ぐり軸が垂直に設けてある。
ロ． 立中ぐり盤は、中ぐり軸が水平に設けてある。
ハ． 治具中ぐり盤は、治具等の高精度な穴明け加工を行う機械で、高精度の送りねじと1～10 ミクロンを読み取れる光学読み取り装置が設けてある。
ニ． シリンダ－中ぐり盤は、シリンダ－の外面を加工する機械である。
［解答］ ハ
［解 説］ イ，の横中ぐり盤は、中ぐり軸が水平な中ぐり盤で、ワ－クに既に明けられている穴をくり広げたり、精密穴ぐり加工や、端面削り加工等を行う機械で、テ－ブ ル形、床上形（フロアタイプ）、プレナ－形があり、フライス加工と中ぐり加工がある、大中部品に適しています。
ロ．の立中ぐり盤は、中ぐり軸が垂直に設けてある中ぐり盤で、複数軸を持った機械もあります。又、ＮＣ、及び、ＡＴＣ（自動工具交換装置）を備えた機械をマシニングセンタと呼んでいます。
ニ．のシリンダ－中ぐり盤は、シリンダ－の内面を中ぐり加工する機械です。
問題10． 次に示す、切削速度の正しいものはどれか。

直径60ｍｍ の軟鋼丸棒を高速度鋼のバイトで、荒削りする時の回転数はいくらか。但し、切削速度を60ｍ／min とする。

イ． 19.1ｒｐｍ
ロ． 318ｒｐｍ
ハ． 1000ｒｐｍ
ニ． 3180ｒｐｍ
［解答］ ロ
［解説］ 旋盤で加工する時のバイトが被削物を削る速度、即ち、切削速度は、被削物の表面速度で表すことが出来ます。従って、適切な切削速度を得るための主軸回転数は、次式によって、求める事が出来ます。

切削速度（Ｖ）には、種々の条件から求められた標準切削速度が設定されています。
次表に旋盤の標準切削速度を示します。

切削条件は、表より、軟鋼の丸棒を高速度鋼のバイトで、荒削りする時の旋盤の標準切削速度を求めると、20～60ｍ／min となり、軟鋼丸棒の直径は、60ｍｍ、従って、軟鋼丸棒の回転数 ｎ は、

即 ち、軟鋼の丸棒を高速度鋼のバイトで、荒削りする場合には、毎分 955 ～ 318回転で切削する様にします。切削して行くと、丸棒の外形は小さくなりますので、表面速度は遅くなります。従って、切削して行くに従って、回転数を上 げる様にしなければなりません。問題11． 次に示す、研削盤の特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． 平面研削盤には、横軸・角テ－ブル形式のものと、立軸・丸テ－ブル形式のものがある。
ロ． 円筒研削盤とは、円筒状のワ－クを精度良く研削する機械である。
ハ． 内面研削盤には、ワ－クと砥石軸が回転する方式と、砥石のみが回転するプラネタリ－方式があり、ワ－クの穴内面の研削を行う。
ニ． 心なし研削盤は、砥石台、及び、主軸台が回転するので、テ－パ研削や内面研削等も出来る。
［解答］ ニ
［解説］ 心なし研削盤は、センタレス研削盤ともいい、主に、小径のセンタの無いワ－ク（工作物）を砥石車との間に入れて、研削する円筒研削盤の一種です。高能率の加工が出来るので，同じ径のものを大量に研削するのに適しています。
問題12． 次に示す、平削り盤の特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． 機械本体等の大形部品の加工に用いる。
ロ． 機構は、テ－ブルが往復運動し、クロステ－ブル上の刃物台に取り付けられた刃物（バイト）で、ワ－クの平面や側面を加工する。
ハ． 平削り盤のコラム形状は、門形だけである。
ニ． 平削り盤の大きさは、テ－ブルの最大行程?加工し得る幅?加工し得る高さで表す。
［解答］ ハ
［解 説］ 平削り盤は、プレナ－とも呼ばれ、工作物を取付けた長大なテ－ブルに往復運動を与え、バイト（刃物）をこれと直角な方向に送って、切削する工作機械です。 平削盤の大きさは、テ－ブルの最大工程（テ－ブルの長さ）×加工し得る工作物の最大幅×加工し得る工作物の最大高さで表し、比較的大きい品物を平らに削る のに用います。又、コラムの形状には、門形と片持ち形があり、それぞれ、門形平削り盤、形持ち平削り盤と呼んでいます。
問題13． 広い平面を削る時に用いるフライス（切削工具）は、どれか。

イ． 側フライス（サイドカッタ－）
ロ． 正面フライス（フルバックカッタ－）
ハ． エンドミル
ニ． 角フライス（アンギュラ－カッタ－）
［解答］ ロ
［解説］ イ．の側フライス（サイドカッタ－）は、段削りやみぞ削り等に用います。
ハ．のエンドミルは、溝削りや穴加工等に用います。
ニ．角フライス（アンギュラ－カッタ）は、角度のある面加工等に用います。
問題14． 円筒の外周面を荒仕上げ加工する時に用いるバイトは、どれか。

イ． 剣バイト
ロ． 片刃バイト
ハ． 平バイト
ニ． 突切りバイト
［解答］ イ
［解説］ ロ．の片刃バイトは、刃がバイトの側面にあるので、工作物の端面を削るのに用います。又、片刃バイトには、右勝手のものと左勝手のものがあります。
ハ．の平バイトは、刃の接触部が広く平らなので、円筒外周の仕上げ用に、用いられます。
ニ．の突切りバイトは、刃先幅が狭く、バックテ－パが付けてあり、材料の切断に用います。又、溝バイトもこの仲間です。
問題15． 次の記述中の（　　）内に入る語句の組合せとして、正しいものはどれか。

一般に、平削り盤に用いる荒削り用のバイトには、（　①　）等が用いられ、中仕上げ、上仕上げには、（　②　）が用いられている。 又、剛性の小さい振動の多い機械の場合には、（　③　）が仕上げ用として用いられている。


　　① 　　② 　　　③
イ． 腰折れバイト ヘ－ルバイト 剣バイト
ロ． ヘ－ルバイト 剣バイト 腰折れバイト
ハ． 剣バイト 腰折れバイト ヘ－ルバイト
ニ． ヘ－ルバイト Ｔ溝バイト 剣バイト
［解答］ ハ
［解 説］ 平削り盤用のバイトは、荒削り用、中仕上げ用、上仕上げ用、総形バイトに分けられ、一般に、荒削りには、剣バイト等が用いられ、中仕上げや上仕上げには、 腰折れバイト等が用いられています。腰折れバイトは、旋盤形バイトに比べ、刃先が柄の下面よりも後方に設けてありますので、切削抵抗を受けても被作物に食 い込む事はありません。又、剛性の小さい振動の多い機械の場合には、バイトの柄と刃の間にスプリングアクションを設けた、ヘ－ルバイトが仕上げ用として用 いられます。又、バイトには、それぞれの作業に適した形状があり、選択を誤ると加工効率が低下するばかかりでなく、製品形状にならない場合があります。
問題16． 次に示す、ドリルの特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． センタドリルは、軽金属の深穴せん孔用のドリルで、ねじれ角の大きなドリルである。
ロ． ツイストドリルは、２枚のねじれ刃があり、13ｍｍ 以下のストレ－トシャンク（柄）のものと、2～75ｍｍ のテ－パシャンクのものがあって、ＪＩＳによって規定されている。
ハ． 平ギリ（フラットドリル）は、丸棒の一端を平らにして、切れ刃を付けたドリルで、一般に、軟質材の孔明けやザグリ加工に用いられている。
ニ． 直溝ドリル（縦溝ドリル）は、銅やアルミニウム等の軟質材の穴明けに用いるドリルで、溝がドリル軸と平行に切られている。
［解答］ イ
［解説］ センタドリルは、正確な位置決めを行うために、ドリルを食い込みやすくする小さな穴、或いは、旋盤のセンタ作業（ワ－クを支えるセンタ穴）を行う場合のセンタ穴を明けるのに用います。

一般に、ドリルというと、ロ．のツイストドリルの事をいい、各部の名称は図示の様に呼ばれています。

ハ．の平ギリには、平ねじれキリや極細平キリ等があり、極細平キリは、0.1～0.3ｍｍ の範囲で精密機械作業に多く用いられています。

ニ．の直溝ドリル（縦溝ドリル）は、銅やアルミニウム等の軟質材の穴明けに用いるドリルで、溝がドリル軸と平行に切られているドリルです。

ドリルには、この他に、油穴付きドリル、ねじれ角の大きな、軽金属の深穴穿孔用のドリルやガンドリル等があります。

ガ ンドリルは、20ｍｍ 以上の深穴を明けるのに用いられ、１枚の刃を持ち、形から別名半月キリ、或いは、１枚刃ドリル等ととばれています。１枚にしてあるのは、切り屑の逃げる余 地を持たせるためで、先端に給油が十分出来る様にしてあります。主として、銃身や砲身の様な深穴を明ける目的としていますが、長い軸や主軸等の穴明けにも 用いられています。
問題17． 次に示す、タップの特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． ハンドタップには、荒仕上げ、中仕上げ、仕上げの　３本の外径が同寸法の「等径タップ」と、荒、中、仕上げの順に径が大きくなる「増径タップ」がある。
ロ． マシンタップ（機械タップ）は、１本で仕上げまで行うタップで、タレット旋盤等でナットのねじ立て等に用いられる。
ハ． 管用タップ（パイプタップ）は、ガスタップともいわれ、テ－パタップとストレ－トタップがある。
ニ． 転造タップは、タップを素材に押し付けて、めねじの形を写し出し、ねじ山を形成する工具で、タップの下穴は、ハンドタップの下穴と同径で良い。
［解答］ ニ
［解 説］ 転造タップのねじ立ては、素材（タップの下穴）に転造タップを押し付けながら、めねじの山を形成させますので、切削タップの下穴よりも大きな穴径にしなけ ればなりません。又、切り屑を出さないため、金属組織が切断されず、表面は加工硬化を受けるので、製品の強度が増します。
イ．のハンドタップは、 普通、荒仕上げ（荒タップ、１番タップ）、中仕上げ（中タップ、２番タップ）、仕上げ（上タップ、３番タップ）の　３本一組になっており、図に示す様に外 径は同寸法ですが、食付き部が異なっています。この様なタップを「等径タップ」といいます。又、荒タップ、中タップ、上タップそれぞれの外径、有効径、谷 径が順に径が大きくなる「増径タップ」があります。従って、増径タップは、等径タップのねじ立て作業と異なり、貫通した穴でも各タップを順次用いてねじ立 て作業を行わなければなりません。

ロ．のマシンタップ（機械タップ）は、ボ－ル盤でねじ立て作業を行う場合に用いられるタップで、シャンクの部分が長く、食付き部の傾斜がゆるく、一刃当たりの切削量が小さいので、精密ねじ立て加工に用いられます。
ハ．の管用タップには、図に示す様にテ－パタップとストレ－トタップがあります。

タップには、この他に多くの種類があります。

プ－リタップは、ハンドタップの一種で、プ－リのボス部に設けてある注油穴のねじ立てやプ－リ等の押しねじのねじ立てに、用いられていますので、この様に呼ばれています。柄の長さが非常に長くなっており、その径はねじの谷径と同じです。
タッ パタップは、ナットを多量生産する場合に、用いられるタップで、柄はハンドタップよりもはるかに長く、その径は谷径よりも細くしてあります。これはねじ立 てが終ったナットを、幾つか柄に貯めておくためで、タッパタップの柄の末端は、機械に適合させるために、色々な形状のものがあります。
ベンドタップは、タッピングマシンでナットを多量生産する場合に、用いられるタップで、ねじ加工されたナットが次々と曲がった柄の部分に送られ、自動的に抜けるようになっているタップです。
フル－トレスタップは、切り屑の逃げ溝がなく、転造の原理で被削材に押し付けて完全なねじを形成するもので、切り屑がまったく出ないので、止まり穴でも容易にねじ加工する事ができます。
ドリルタップは、穴明けとねじ立てを一度に行う事のできるタップで、主に、ガス管、薄板等のねじたてに、用いられます。
エキスパンジョンタップは、刃溝に長い切り割り溝を設け、ねじの付いたテ－パピン、或いは、球を中空部にねじ込むと、刃部がふくらんでタップの直径が調整出来る様にしてあるタップです。従って、切削量の多い強力な切削には不向きです。
問題18． 次に示す、リ－マの特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． ハンドリ－マは、4～14枚の偶数刃で構成されており、ストレ－ト刃と、ねじれ刃があり、手仕上げ加工時に用いられる。
ロ． アジャスタブルリ－マは、偶数刃で、機械用と手仕上げ用があり、テ－パピン穴の加工に用いられる。
ハ． マシンリ－マは、6～12枚の偶数刃で、ストレ－ト刃とねじれ刃があり、刃部が短く、機械加工用として用いられる。
ニ． テ－パシャンクブリッジリ－マは、刃数が5～7枚の奇数刃で、ストレ－ト刃とねじれ刃があり、食い違った穴の修正等に用いられる。
［解答］ ロ
［解説］ アジャスタブルリ－マは、ストレ－ト刃で、外径の調整が可能で、切り刃の交換が出来る様にしてあるリ－マです。又、テ－パピン穴の加工に用いられるリ－マは、偶数刃で、テ－パ 1／80 のテ－パピン穴の加工に用いられています。

リ－マには、この他に、ハンドリ－マ、マシンリ－マ、テ－パ－シャンクブリッジリ－マ等があります。

ハンドリ－マは、4～14枚の偶数刃で構成されており、ストレ－ト刃とねじれ刃があります。
マシンリ－マは、6～12枚の偶数刃で構成されており、刃部が短く、機械加工用として用いられ、ストレ－ト刃とねじれ刃があります。
テ－パシャンクリ－マは、5～7枚の奇数刃で構成されており、食い違った穴の修正等に用いられ、ストレ－ト刃とねじれ刃があります。
問題19． 次の記述中の（　　）内に入る語句の組合せとして、正しいものはどれか。

研削作業用の砥石は、切り刃となる材質と、粒度（粒の大きさ）から成る（　①　）、砥粒を適当な強さに結合保持し成形する（　②　）、研削くずを取り除き、研削で発生する熱を少なくする役割の（　③　）の３要素で構成されている。


　① 　② 　③
イ． 砥粒 気孔 結合剤
ロ． 粒度 結合度 気孔
ハ． 砥粒 結合剤 気孔
ニ． 粒度 結合度 組織
［解答］ ハ
［解 説］ 砥石は、「砥粒」「結合剤」「気孔」の３要素で構成されており、「砥粒」は、切り刃となる材質と粒度（砥粒の大きさ）から成り、「結合剤」は、砥粒を適当 な強さに結合保持して成形する役割を持ち、「気孔」は、切削屑を取除き研削で発生する熱を少なくする役割を果たしています。
一般の切削工具では、 刃が磨耗すると、作業を一時中断し磨耗した刃を、とぎ直ししてから再び切削を続けなければなりませんが、研削作業用の砥石には、高速回転しながら、砥石自 体が自動的に、とぎ直し作業を行い、次々に新しい刃を作る自主作用があります。砥石の自主作用とは、研削が進むに伴い次第に切れなくなると、砥粒に加わる 研削抵抗が増すため、砥石の表面にある砥粒が、研削抵抗に耐えられなくなり欠けてしまい、新しく鋭い切れ刃（砥粒）が生じる事や、ある程度、砥石が磨耗す ると、結合材の結合度が研削抵抗に負け、砥粒全体が、砥石から脱落する現象が起きる事をいいます。又、砥石に切削能力がなくなる事を、「目つぶれ」とか 「目づまり」といいますが、目つぶれとは、砥粒の結合度がその仕事に対して高すぎると、鈍くなった砥粒が脱落しないため、砥石は研削を行う事が出来ず、工 作物の表面を高速で摩擦して傷つけたり、表面を変質させたりする事をいい、目づまりとは、結合度の高い砥石で、銅の様な軟らかい金属を研削する場合、砥石 の表面の気孔に、切り屑がつまり、研削が出来なくなる事をいいます。
問題20． 次に示す、砥粒の粒度に関する記述の内、誤っているものはどれか

イ． 砥粒の粒度は、粒度番号のＮｏ．が大きい方が粒度は大きい。
ロ． 軟質でねばい材料の研削や粗研削には、粒度番号Ｎｏ．10～Ｎｏ．20の粗目やＮｏ．30～Ｎｏ．60の中目が用いられる。
ハ． 硬質で脆い材質の研削や仕上げ研削には、粒度番号Ｎｏ．70～Ｎｏ．220の細目が用いられる。
ニ． ラッピング等の精密仕上げには、粒度番号Ｎｏ．240～Ｎｏ．1200の極細目が用いられる。
［解答］ イ
［解説］ 砥石の粒度は、粒度番号の No．が大きい方が粒度は小さいのです。問題21． 次に示す、ＮＣの制御方式に関する記述の内、正しいものはどれか。

イ． オ－プンル－プシステムとは、指令値と目標値（実際にワ－クが動いた値）との間に、フィ－ドバック系を持った制御システムの事をいう。
ロ． セミクロ－ズドシステムとは、フィ－ドバック系がない制御システムの事をいう。
ハ． セミオ－プンル－プシステムとは、指令値とボ－ルネジの回転角度との間に、フィ－ドバック系を持った制御システムの事をいう。
ニ． クロ－ズドル－プシステムとは、指令値と目標値を比較して、両者を一致させる様な訂正動作（偏差を零にする）を行う制御システムの事をいう。
［解答］ ニ
［解 説］ ニ．のクロ－ズド・ル－プ・システム（C1osed　Ｌoop　Ｓystem：閉ル－プ制御）とは、指令値(制御量の値)と目標値を比較して、両者を致さ せるような訂正動作(偏差を零にする)を行う、制御システムのことをいいます。言い換えれば、指令値と実際にワークが動いた値との間に、フィードバック系 を持った制御システムのことです。 NCTでいえば、キャレッジの移動量を直接検出し、NC装置の出力である指令信号と比較して、これらの偏差を零にするように、キャレッジを位置決めする方 式です。

イ．のオーブン・ループ・システム(Ｏpen Loop　System：開ループ制御)　とは、制御の目的のために入力と出力とを比較する手段を持っていない、制御システムのことをいいます。言い換え れば、フィードバック系がない制御システムの事です。NCTでいえば、入力である移動指令値(NCテープからの信号)とNCの出力であるキャレッジの位置 決め(移動量)とを比較する事なく位置決め(制御)しているシステムです。

ロ．のセミ・クローズド・ループ・システム(Semi　 C1osed　Loop　System)　とは、制御量の値を目標値と比較して、両者を致させる様な訂正動作を行う、制御システムのことをいいます。言い 換えれば、フィードバック系を持った制御システムの事です。しかしながら、セミ・クローズド・ルーフ・システムは、モータ内のフィードバック系、或いは、 モータとボールネジとのフィードバック系を持ったものをいいます。 NCTでいえば、キャレッジの移動量を直接検出せずに、間接的にサーボモータの回転をレゾルバ（検出器の1種類）検出し、NC装置の出力である指令信号と 比較して、これらの偏差を零にするように、キャレッジを移動しています。これで判るように、サーボモータ自身の位置を検出しているわけですから、サーボ モータとボールネジとの間の誤差(バックラッシュ等)、或いは、ボールネジとキャレッジの移動量との間の誤差（ボ－ルネジ自身の精度、バックラッシュ等） があるわけで、指令値とキャレッジの実際の移動量との間には、これらが総合された誤差として現れます。従って、これらの誤差をフィードバック系で補正し、 キャレッジの位置決め精度を上げるようにしているのです。この方式は、自動制御方式の主流です。
問題22． 次に示す、電気加工法に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． 放電加工は、加工液中でワ－クと電極の間に連続放電を発生させ、高熱と放電圧力により電極形状に倣ってワ－ク表面を微量ずつ取り去り、所定の形状に仕上げる加工方法である。
ロ． 電解加工は、ワ－クを陽極、電極を陰極とし、この間に高圧の電解液を流しながら電気を流すと、電気分解によりワ－クの表面は電極形状に倣って、微量ずつ所定の形状に加工される方法である。
ハ． 電解研磨は、ＷＥＤＭとも呼ばれ、工作物と金属線（φ0.02～0.2ｍｍの真ちゅう）との間に、パルス的放電を発生させ、ワ－クを溶解し、連続して吹き飛ばし、目的の形状に仕上げる非接触加工法である。
ニ． 電解研削は、ワ－クを陽極、工具（ダイヤモンド砥石等）を陰極として、電解を行わせる時、陽極の表面に電解の進行を妨げる障害物が生成されるが、これを機械的に砥石で除去する加工方法である。
［解答］ ハ
［解 説］ 電解研磨は、電解槽中に電解液をいれ、その中にワ－クを陽極とし、陰極に不溶性の金属を用いて吊るし、通電して加工する方法です。電気を通じると、ワ－ク の表面が溶解して、陰極の金属に析出されます。この作用によってワ－クの表面は次第に滑らかになり、ついに光沢のある研磨面が得られます。又、金属表面の 加工方法で、ワ－クを陰極とし、その表面に電解によって、他の金属（金、銀、銅、クロム、ニッケル等）をかぶせる方法を電気めっきといいます。
ＷＥＤＭ （Wire　Electric　Discharge　Mashine ： ワイヤ－カット）とは、ワ－クと φ0.02～φ0.3ｍｍ の金属線（主に真ちゅう線）との間に1000万分の1 秒～100万分の1秒のパルス的放電を発生させ、ワ－ク（金属）を溶解し、連続して吹き飛ばし、目的の形状に仕上げる非接触加工法の事をいいます。
問題23． 次に示す、放電加工法の特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． 被削性が悪く、削加工が不可能な超硬合金等の材料の複雑形状の加工が出来る。
ロ． 焼入れ部品等の後加工や微細加工が容易に出来るが、仕上げ面の粗さは非常に粗い。
ハ． 無人運転により、複雑な形状で精度が必要な部品加工も、自動的に仕上げる事が出来る。
ニ． 電極をワ－クに接触させないため、（0.02～0.2ｍｍの間隙）ワ－クに加工変形が起きない。
［解答］ ロ
［解説］ 放電加工では、焼入れ部品の後加工が精度良く行う事が出来ます。又、微細な加工が容易で、仕上げ面粗さも良好です。
問題24． 次に示す、電解加工法の特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． 高熱が発生しないため、熱による悪影響がない。
ロ． 加工速度は、放電加工よりも、はるかに早い。
ハ． 電極が消耗しない。
ニ． 放電加工よりも、加工精度が良い。
［解答］ ニ
［解説］ 電解加工は、放電加工と同様に難削材の曲面等、複雑な形状の加工が出来ますが、放電加工に比べ、精度が劣ります。又、加工液を均等に流す事が難しく、加工液に食塩水や硝酸ソ－ダ溶液を用いるので、金属を腐食させやすいのが欠点です。
問題25． 次に示す、電解研削法の特徴に関する記述の内、誤っているものはどれか。

イ． 軟質材や超硬合金等、熱に敏感な材料の加工には、適さない。
ロ． 軟質材を加工しても「まくれ」が発生しない。
ハ． 加工による変質が少なく、表面粗さが良好である。
ニ． 電解研磨に比べ、数10倍も能率が良い。
［解答］ イ
［解 説］ 電解研削は、電解溶液中で、ワ－クを陽極、工具を陰極として、電解研磨によって発生するワ－ク表面を機械的研削作用と併用して、除去する複合加工法で、陰 極に、鋳鉄、鋼、銅、黄銅、黒鉛等を用いて加工する摩擦法と砥石車を用いる方法があります。電解溶液には、人体に無害で変質しにくく、防食性のある亜硝酸 ソ－ダが主に用いられています。ワ－ク（陽極）と工具（陰極）との間で、電解が行われる時、ワ－クの表面には、電解の進行を妨げる障害物が生成されますの で、この障害物を電解液を流動させながら、砥石車（ダイヤモンド砥石等）によって、機械的に除去します。砥石車の砥粒には、ワ－クと砥石車の距離を一定に 保つ役目と加工能率を維持する役目があり、時には、砥石車で機械的にワ－クを研削して、その加工能率を高めます。電解研削は、形状精度が良く、荒仕上げか ら精密仕上げまでの一貫加工が出来、熱ひずみも生じない特徴を持っていますので、プレス金型、プラスチック金型、切削工具、転造ダイス、超硬合金、耐熱 材、熱に敏感な材料、その他軟質材等の加工に用いられています。
ロ．の「まくれ」とは、金属材料表面に出来る、薄い小部分がまくれ上がった様な形の傷の事をいいます。
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高碳鋼彈簧是做彈簧的最佳材料嗎？

高碳錳鋼和高碳鋼的優缺點為何？最好有結晶曲線圖，熱處理的溫度為多少？

『六環高碳鋼獨立筒』經過1200度高溫純火煉製而成，張力大、彈性佳、支撐佳，並採用獨立式的獨立筒連接而成，可支撐人體壓力並完全釋放至獨立筒上。

彈簧鋼是做彈簧的材料，高碳彈簧鋼是不是彈簧的最佳材料，或許是吧，我查了彈簧鋼的材質，SUP3~SUP10含碳量最小的也有0.45%(中碳)

高錳鋼的優點是比高碳鋼還俱有耐磨性，缺點是難加工，不過可以使用水靭法或油靭法處理後，使其切削容易，而且可以增加其耐衝擊抵抗力。
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一、钢板(包括带钢)的分类：

1、按厚度分类： (1)薄板(2)中板(3)厚板(4)特厚板

2、按生产方法分类：(1)热轧钢板(2)冷轧钢板

3、按表面特征分类：(1)镀锌板(热镀锌板、电镀锌板)(2)镀锡板(3)复合钢板(4)彩色涂层钢板

4、按用途分类： (1)桥梁钢板(2)锅炉钢板(3)造船钢板(4)装甲钢板(5)汽车钢板(6)屋面钢板(7)结构钢板(8)电工钢板(硅钢片)(9)弹簧钢板(10)其他

二、普通及机械结构用钢板中常见的日本牌号

1、 日本钢材(JIS系列)的牌号中普通结构钢主要由三部分组成：第一部分表示材质，如：S(Steel)表示钢，F(Ferrum)表示铁；第二部分表示不 同的形状、种类、用途，如P(Plate)表示板，T(Tube)表示管，K(Kogu)表示工具；第三部分表示特征数字，一般为最低抗拉强度。如： SS400——第一个S表示钢(Steel)，第二个S表示“结构”(Structure)，400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为 400 MPa的普通结构钢。

2、SPHC——首位S为钢Steel的缩写，P为板Plate的缩写，H为热Heat的缩写，C商业Commercial的缩写，整体表示一般用热轧钢板及钢带。

3、SPHD——表示冲压用热轧钢板及钢带。

4、SPHE——表示深冲用热轧钢板及钢带。

5、SPCC——表示一般用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国Q195-215A牌号。其中第三个字母C为冷Cold的缩写。需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。

6、SPCD——表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL(13237)优质碳素结构钢。

7、SPCE——表示深冲用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL(5213)深冲钢。需保证非时效性时，在牌号末尾加N为SPCEN。

冷轧碳素钢薄板及钢带调质代号：退火状态为A，标准调质为S，1/8硬为8，1/4硬为4，1/2硬为2，硬为1。

表面加工代号：无光泽精轧为D，光亮精轧为B。如SPCC-SD表示标准调质、无光泽精轧的一般用冷轧碳素薄板。再如SPCCT-SB表示标准调质、光亮加工，要求保证机械性能的冷轧碳素薄板。

8、JIS机械结构用钢牌号表示方法为：

S+含碳量+字母代号(C、CK)，其中含碳量用中间值×100表示，字母C：表示碳 K：表示渗碳用钢。如碳结卷板S20C其含碳量为0.18-0.23%。

三、我国及日本硅钢片牌号表示方法

1、中国牌号表示方法：

(1)冷轧无取向硅钢带(片)

表示方法：DW+铁损值(在频率为50HZ，波形为正弦的磁感峰值为1.5T的单位重量铁损值。)的100倍+厚度值的100倍。

如DW470-50 表示铁损值为4.7w/kg，厚度为0.5mm的冷轧无取向硅钢，现新型号表示为50W470。

(2)冷轧取向硅钢带(片)

表示方法：DQ+铁损值(在频率为50HZ，波形为正弦的磁感峰值为1.7T的单位重量铁损值。)的100倍+厚度值的100倍。有时铁损值后加G表示高磁感。

如DQ133-30表示铁损值为1.33，厚度为0.3mm的冷轧取向硅钢带(片)，现新型号表示为30Q133。

(3)热轧硅钢板

热轧硅钢板用DR表示，按硅含量的多少分成低硅钢(含硅量≤2.8%)、高硅钢(含硅量＞2.8%)。

表示方法：DR+铁损值(用50HZ反复磁化和按正弦形变化的磁感应强度最大值为1.5T时的单位重量铁损值)的100倍+厚度值的100倍。如DR510-50表示铁损值为5.1，厚度为0.5mm的热轧硅钢板。

家用电器用热轧硅钢薄板的牌号用JDR+铁损值+厚度值来表示，如JDR540-50。

2、日本牌号表示方法：

(1)冷轧无取向硅钢带

由公称厚度(扩大100倍的值)+代号A+铁损保证值(将频率50HZ，最大磁通密度为1.5T时的铁损值扩大100倍后的值)。

如50A470表示厚度为0.5mm，铁损保证值为≤4.7的冷轧无取向硅钢带。

(2)冷轧取向硅钢带

由公称厚度(扩大100倍的值)+代号G：表示普通材料，P：表示高取向性材料+铁损保证值(将频率50HZ，最大磁通密度为1.7T时的铁损值扩大100倍后的值)。

如30G130表示厚度为0.3mm，铁损保证值为≤1.3的冷轧取向硅钢带。

四、电镀锡板和热镀锌板：

1、电镀锡板

电镀锡薄钢板和钢带，也称马口铁，这种钢板(带)表面镀了锡，有很好的耐蚀性，且无毒，可用作罐头的包装材料，电缆内外护皮，仪表电讯零件，电筒等小五金。

镀锡钢板和钢带的分类与符号如下：

分 类 方 法
类 别
符 号

按镀锡量
等厚镀锡E1、E2、E3、E4

差厚镀锡D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7

按硬度等级
T50、T52、T57、、T61、T65、T70

按表面状况
光 面
G

石 纹 面
S

麻 面
M

按钝化方式
低铬钝化
L

化学钝化
H

阴极电化学钝化
Y

按涂油量
轻 涂 油
Q

重 涂 油
Z

按表面质量
一 组
Ⅰ

二 组
Ⅱ



等厚镀锡量和差厚镀锡量的规定如下：

符 号
公称镀锡量，g/m2
最小平均镀锡量，g/m2

E1
5.6(2.8/2.8)
4.9

E2
11.2(5.6/5.6)
10.5

E3
16.8(8.4/8.4)
15.7

E4
22.4(11.2/11.2)
20.2

D1
5.6/2.8
5.05/2.25

D2
8.4/2.8
7.85/2.25

D3
8.4/5.6
7.85/5.05

D4
11.2/2.8
10.1/2.25

D5
11.2/5.6
10.1/5.05

D6
11.2/8.4
10.1/7.85

D7
15.1/5.6
13.4/5.05


2、热镀锌板

在薄钢板和钢带表面用连续热镀方法镀上锌，可以防止薄钢板和钢带表面腐蚀生锈。镀锌钢板和钢带广泛用于机械、轻工、建筑、交通、化工、邮电等行业。

镀锌钢板和钢带的分类与符号见下表：

分类方法
类 别
符 号

按加工性能
普通用途
PT

机械咬合
JY

深 冲
SC

超深冲耐时效
CS

结 构
JG

按锌层重量
锌
1
1

100
100

200
200

275
275

350
350

450
450

600
600

锌
1
1

铁
90
90

合
120
120

金
180
180

按表面结构
正常锌花
Z

小 锌 花
X

光整锌花
GZ

锌铁合金
XT

按表面质量
Ⅰ 组
Ⅰ

Ⅱ 组
Ⅱ

按尺寸精度
高级精度
A

普通精度
B

按表面处理
铬酸钝化
L

涂 油
Y

铬酸钝化加涂油
LY

001号的锌层重量小于100g/m2


五、沸腾钢板与镇静钢板

1、 沸腾钢板是由普通碳素结构钢沸腾钢热轧成的钢板。沸腾钢是一种脱氧不完全的钢，只用一定量的弱脱氧剂对钢液脱氧，钢液含氧量较高，当钢水注入钢锭模后，碳 氧反应产生大量气体，造成钢液沸腾，沸腾钢由此而得名。沸腾钢含碳量低，由于不用硅铁脱氧，钢中含硅量也低(Si<0.07%)。沸腾钢的外层是在 沸腾所造成的钢液剧烈搅动的条件下结晶成的，故表层纯净、致密，表面质量好，有很好的塑性和冲压性能，没有大的集中缩孔，切头少，成材率高，而且沸腾钢生 产工艺简单，铁合金消耗少，钢材成本低。沸腾钢板大量用于制造各种冲压件，建筑及工程结构及一些不太重要的机器结构零部件。但沸腾钢心部杂质较多，偏析较 严重，组织不致密，力学性能不均匀。同时由于钢中气体含量较多，故韧性低，冷脆和时效敏感性较大，焊接性能也较差。故沸腾钢板不适于制造承受冲击载荷、在 低温条件下工作的焊接结构及其他重要结构。

2、镇静钢板是由普通碳素结构钢镇静钢热轧制成的钢板。镇静钢是脱氧完全的钢，钢液在浇注前用 锰铁、硅铁和铝等进行充分脱氧，钢液含氧量低(一般为0.002-0.003%)，钢液在钢锭模中较平静，不产生沸腾现象，镇静钢由此得名。在正常操作条 件下，镇静钢中没有气泡，组织均匀致密；由于含氧量低，钢中氧化物夹杂较少，纯净度较高，冷脆和时效倾向小；同时，镇静钢偏析较小，性能比较均匀，质量较 高。镇静钢的缺点是有集中缩孔，成材率低，价格较高。因此，镇静钢材主要用于低温下承受冲击的构件、焊接结构及其他要求强度较高的构件。

低合金钢板都是镇静钢和半镇静钢钢板。由于强度较高，性能优越，能节约大量钢材，减轻结构重量，其应用已越来越广泛。

六、优质碳素结构钢板

优质碳素结构钢是含碳小于0.8%的碳素钢，这种钢中所含的硫、磷及非金属夹杂物比碳素结构钢少，机械性能较为优良。

优 质碳素结构钢按含碳量不同可分为三类：低碳钢(C≤0.25%)、中碳钢(C为0.25-0.6%)和高碳钢(C＞0.6%)优质碳素结构钢按含锰量不同 分为正常含锰量(含锰0.25%-0.8%)和较高含锰量(含锰0.70%-1.20%)两组，后者具有较好的力学性能和加工性能。

1、优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带

优 质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带用于汽车、航空工业及其他部门。其钢的牌号为沸腾钢：08F、10F、15F；镇静钢：08、08AL、10、15、20、 25、30、 35、40、45、50。25及25以下为低碳钢板，30及30以上为中碳钢板。

2、优质碳素结构钢热轧厚钢板和宽钢带

优 质碳素结构钢热轧厚钢板和宽钢带用于各种机械结构件。其钢的牌号为低碳钢包括：05F、08F、08、10F、10、15F、15、20F、20、25、 20Mn、25Mn等；中碳钢包括：30、35、40、45、50、55、60、30Mn、40Mn、50Mn、60Mn等；高碳钢包括：65、70、 65Mn等。

七、专用结构钢板

1、压力容器用钢板：用大写 R在牌号尾表示，其牌号可用屈服点也可用含碳量或含合金元素表示。如：Q345R，Q345为屈服点。再如：20R、16MnR、15MnVR、 15MnVNR、8MnMoNbR、MnNiMoNbR、15CrMoR等均用含碳量或含合金元素来表示。

2、焊接气瓶用钢板：用大写HP在牌号尾表示，其牌号可以用屈服点表示，如：Q295HP、Q345HP；也可用含合金元素来表示如：16MnREHP。

3、 锅炉用钢板：用小写g在牌号尾表示。其牌号可用屈服点表示，如：Q390g；也可用含碳量或含合金元素来表示，如20g、22Mng、15CrMog、 16Mng、19Mng、13MnNiCrMoNbg、12Cr1MoVg等。

4、桥梁用钢板：用小写q在牌号尾表示，如Q420q、16Mnq、14MnNbq等。

5、汽车大梁用钢板：用大写L在牌号尾表示，如09MnREL、06TiL、08TiL、10TiL、09SiVL、16MnL、16MnREL等。

八、彩色涂层钢板

彩色涂层钢板和钢带是以金属带材为基底，在其表面涂以各类有机涂料的产品，用于建筑、家用电器、钢制家具、交通工具等领域。

钢板和钢带的分类和代号如下表：

分类方法
类 别
代 号

按用途分
建筑外用
JW

建筑内用
JN

家用电器
JD

按表面状态分
涂层板
TC

印花板
YH

压花板
YaH

按涂料种类分
外用聚脂
WZ

内用聚脂
NZ

硅改性聚脂
GZ

外用丙烯酸
WB

内用丙烯酸
NB

塑料溶胶
SJ

有机溶胶
YJ

按基材类别分
低碳钢冷轧钢带
DL

小锌花平整钢带
XP

大锌花平整钢带
DP

锌铁合金钢带
XT

电镀锌钢带
DX


九、船体用结构钢

造船用钢一般是指船体结构用钢，它指按船级社建造规范要求生产的用于制造船体结构的钢材。常作为专用钢订货、排产、销售，一船包括船板、型钢等。

目前我国几大钢铁企业均有生产，而且可按用户需要生产不同国家规范的船用钢材，如美国、挪威、日本、德国、法国等，其规范如下：

国籍
规范
国籍
规范

中国
CCS
挪威
DNV

美国
ABS
日本
KDK

德国
GL
英国
LR

法国
BV




(一)品种规格

船体用结构钢按照其最小屈服点划分强度级别为：一般强度结构钢和高强度结构钢。

中国船级社规范标准的一般强度结构钢分为：A、B、D、E四个质量等级；中国船级社规范标准的高强度结构钢为三个强度级别、四个质量等级：

A32
A36
A40

D32
D36
D40

E32
E36
E40

F32
F36
F40


(二)力学性能与化学成分

一般强度船体结构钢力学性能与化学成份


屈服点
抗拉强度
伸长率σ%
碳
锰
硅
硫
磷

σs(MPa)不小于
σb(MPa)
不小于
C
Mn
Si
S
P

A
235
400-520
22
≤0.21
≥2.5
≤0.5
≤0.035
≤0.035

B
≤0.21
≥0.80
≤0.35

D
≤0.21
≥0.60
≤0.35

E
≤0.18
≥0.70
≤0.35


高强度船体结构钢力学性能与化学成份

钢材

级别
屈服点σs
抗拉强度
伸长率σ%
碳
锰
硅
硫
磷

(MPa)不小于
σb(MPa)
不小于
C
Mn
Si
S
P

A32
315
440-570
22
≤0.18
≥0.9-1.60
≤0.50
≤0.035
≤0.035

D32

E32

F32
≤0.16
≤0.025
≤0.025

A36
355
490-630
21
≤0.18
≤0.035
≤0.035

D36

E36

F36
≤0.16
≤0.025
≤0.025

A40
390
510-660
20
≤0.18
≤0.035
≤0.035

D40

E40

F40
≤0.16
≤0.025
≤0.025


(三)船用钢材交货验收注意事项：

1、质量证明的审查：

钢厂交货一定根据用户的要求按合同约定的规范交货并提供原始质量证明书。证明书中，必须具备以下内容：

(1)规范要求；(2)质量记录编号及证明证号；(3)炉批号，技术等级；(4)化学成分和力学性能；(5)船级社认可证明及验船师签字。

2、实物审查：

船用钢材的交货，实物物体上应有生产厂标志等。具体有：

(1)船级社认可标志；(2)采用油漆框出或粘贴标记，包括技术参数如：炉批号、规范标准等级、长宽尺寸等；(3)外观光洁平顺，无缺陷。

十、宝钢1550冷轧产品牌号命名方法

(一)冲压用冷连轧钢带牌号命名方法

1、一般冲压用钢：BLC

B——宝钢(BAOSTEEL)缩写；L——低碳(Low Carbon)；C——一般用(Commercial)

2、抗时效性低屈服钢：BLD

B——宝钢(BAOSTEEL)缩写；L——低碳(Low Carbon)；D——冲压用(Drawing)

3、非时效性极深冲用钢：BUFD(BUSD)

B——宝钢(BAOSTEEL)缩写；U——超级(Ultra)；F——成型(Formability)；D——冲压(Drawing)

4、非时效性超深冲用钢：BSUFD

B——宝钢(BAOSTEEL)缩写；SU——超高级(Ultra+Super)；F——成型(Formability)；D——冲压(Drawing)

(二)冷成型用高强度冷连轧钢带牌号命名方法

B—— 宝钢(BAOSTEEL)缩写；×××——最小屈服点值；一般用V、X、Y、Z表示 V：高强度低合金，屈服点与抗拉强度差值无规定 X：V中屈服点最小值与抗拉强度最小值差别70MPa Y：V中屈服点最小值与抗拉强度最小值差别100MPa Z：V中屈服点最小值与抗拉强度最小值差别140MPa

——氧化物/硫化物夹杂控制(K：镇静、细晶粒；F：K+硫化物控制；O：K、F外)

例：B240ZK、B340VK

(三)抗凹陷性冷连轧钢带牌号命名方法

B ——宝钢(BAOSTEEL)缩写 ——最小屈服点值 ——强化方式(P：强化；H：烘烤硬化) ——由1或2表示(1：超低碳；2：低碳)

例：B210P1：深冲压用高强度钢；B250P2：一般加工用含磷高强度钢；B180H1：深冲用烘烤硬化钢。
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由电子阳离子与自由电子通过金属键构成的晶体。 其构成微粒为金属阳离子自由电子，其本质是一种电性作用。其强弱通常与金属离半径成逆相关，与金属内部自由电子密度成正相关（变可粗略看成与原子外围电子数成正相关）。

1)改性共价键理论

在 金属晶体中，自由电子作穿梭运动，它不专属于某个金属离子而为整个金属晶体所共有。这些自由电子与全部金属离子相互作用，从而形成某种结合，这种作用称为 金属键。由于金属只有少数价电子能用于成键，金属在形成晶体时，倾向于构成极为紧密的结构，使每个原子都有尽可能多的相邻原子(金属晶体一般都具有高配位 数和紧密堆积结构)，这样，电子能级可以得到尽可能多的重叠，从而形成金属键。

上述假设模型叫做金属的自由电子模型，称为改性共价键理 论。这一理论是1900年德鲁德(drude)等人为解释金属的导电、导热性能所提出的一种假设。这种理论先后经过洛伦茨(Lorentz,1904)和 佐默费尔德(Sommerfeld,1928)等人的改进和发展，对金属的许多重要性质都给予了一定的解释。但是，由于金属的自由电子模型过于简单化，不 能解释金属晶体为什么有结合力，也不能解释金属晶体为什么有导体、绝缘体和半导体之分。随着科学和生产的发展，主要是量子理论的发展，建立了能带理论。

(2)能带理论

金属键的能带理论是利用量子力学的观点来说明金属键的形成。因此，能带理论也称为金属键的量子力学模型，它有5个基本观点：

①为使金属原子的少数价电子(1、2或3)能够适应高配位数的需要，成键时价电子必须是“离域”的(即不再从属于任何一个特定的原子)，所有价电子应该属于整个金属晶格的原子共有。

②金属晶格中原子很密集，能组成许多分子轨道，而且相邻的分子轨道能量差很小，可以认为各能级间的能量变化基本上是连续的。

③ 分子轨道所形成的能带，也可以看成是紧密堆积的金属原子的电子能级发生的重叠，这种能带是属于整个金属晶体的。例如，金属锂中锂原子的1S能级互相重叠形 成了金属晶格中的1S能带，等等。每个能带可以包括许多相近的能级，因而每个能带会包括相当大的能量范围，有时可以高达418 kJ/mol。

④ 按原子轨道能级的不同，金属晶体可以有不同的能带(如上述金属锂中的1s能带和2s能带)，由已充满电子的原子轨道能级所形成的低能量能带，叫做“满 带”；由未充满电子的原子轨道能级所形成的高能量能带，叫做“导带”。这两类能带之间的能量差很大，以致低能带中的电子向高能带跃迁几乎不可能，所以把这 两类能级间的能量间隔叫做“禁带”。例如，金属锂(电子层结构为1s22s1)的1s轨道已充满电子，2s轨道未充满电子，1s能带是个满带，2s能带是 个导带，二者之间的能量差比较悬殊，它们之间的间隔是个禁带，是电子不能逾越的(即电子不能从1s能带跃迁到2s能带)。但是2S能带中的电子却可以在接 受外来能量的情况下，在带内相邻能级中自由运动。



⑤金属中相邻近的能带也可以互相重叠，如铍(电子层结构为 1s22s2)的2s轨道已充满电子，2s能带应该是个满带，似乎铍应该是一个非导体。但由于铍的2s能带和空的2p能带能量很接近而可以重叠，2s能带 中的电子可以升级进入2p能带运动，于是铍依然是一种有良好导电性的金属，并且具有金属的通性。

根据能带理论的观点，金属能带之间的能量 差和能带中电子充填的状况决定了物质是导体、非导体还是半导体(即金属、非金属或准金属)。如果物质的所有能带都全满(或最高能带全空)，而且能带间的能 量间隔很大，这个物质将是一个非导体；如果一种物质的能带是部分被电子充满，或者有空能带且能量间隙很小，能够和相邻(有电子的)能带发生重叠，它是一种 导体。半导体的能带结构是满带被电子充满，导带是空的，而禁带的宽度很窄，在一般情况下，由于满带上的电子不能进入导带，因此晶体不导电(尤其在低温 下)。由于禁带宽度很窄，在一定条件下，使满带上的电子很容易跃迁到导带上去，使原来空的导带也充填部分电子，同时在满带上也留下空位(通常称为空穴)， 因此使导带与原来的满带均未充满电子，所以能导电。

能带理论也能很好地说明金属的共同物理性质。向金属施以外加电场时，导带中的电子便会 在能带内向较高能级跃迁，并沿着外加电场方向通过晶格产生运动，这就说明了金属的导电性。能带中的电子可以吸收光能，并且也能将吸收的能量又发射出来，这 就说明了金属的光泽和金属是辐射能的优良反射体。电子也可以传输热能，表明金属有导热性。给金属晶体施加应力时，由于在金属中电子是离域(即不属于任何一 个原子而属于金属整体)的，一个地方的金属键被破坏，在另一个地方又可以形成金属键，因此机械加工不会破坏金属结构，而仅能改变金属的外形，这也就是金属 有延性、展性、可塑性等共同的机械加工性能的原因。金属原子对于形成能带所提供的不成对价电子越多，金属键就越强，反应在物理性质上熔点和沸点就越高，密 度和硬度越大。

能带理论对某些问题还难以说明，如某些过渡金属具有高硬度、高熔点等性质，有人认为原子的次外层d电子参与形成了部分共价性的金属键。所以说，金属键理论仍在发展中。
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石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。每一网层间的距离为3.40人，同一网层中碳原子的间距为1．42A。属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。
石墨质软，黑灰色；有油腻感，可污染纸张。硬度为1～2，沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3～5。比重为1．9～2．3。在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，是最耐温的矿物之一。
自然界中纯净的石墨是没有的，其中往往含有Si02、A1203、Fe0、CaO、P2O5、Cu0等杂质。这些杂质常以石英、黄铁矿、碳酸盐等矿物形式 出现。此外，还有水、沥青、CO2、H2、CH4、N2等气体部分。因此对石墨的分析，除测定固定碳含量外，还必须同时测定挥发分和灰分的含量。
石墨的工艺特性主要决定于它的结晶形态。结晶形态不同的石墨矿物，具有不同的工业价值和用途。工业上，根据结晶形态不同，将天然石墨分为三类。
1．致密结晶状石墨
2．鳞片石墨
3．隐晶质石墨
在 化学上，有混合物和纯净物，在纯净物中有单质和化合物，其中单质是由同种元素组成的纯净物。有趣的是同一种元素还可以形成不同的单质。例如，大家一定听说 过“臭氧层”吧？而“臭氧”就是氧元素的另一种单质，它和氧气不同，化学式是O3 。其实碳元素的单质更多，坚硬透明的金刚石、软滑乌黑的石墨、炼钢炼铁的焦炭、吸附性很强的活性炭，还有烧火锅用的木炭和被人称为“足球烯”的C60 等，碳单质的家族好兴旺吧！
下面我们就专门认识、了解一下碳家族中的重要成员：石墨和金刚石。
先请同学们仔细阅读以下谜语，并解答1、2两道小题：
一对孪生弟兄，性格长相不同，一个软滑乌黑，一个坚硬透明，
哥哥身价很低，弟弟价值连城，若遇烈火焚烧，黄泉路上同行。
1、下列关于该谜语所涉及的两物质的说法中不正确的是（ ）
A.这里的“哥哥”是石墨、“弟弟”是金刚石。
B.它们是碳元素的不同单质。
C.它们之间的互变不属于化学变化。
D.它们充分燃烧后生成同一种物质。
2、上述谜语中的“哥哥”，在下列所述各性质上不比“弟弟”差的是（ ）
A.硬度 B.密度 C.熔点 D.沸点
同 学们解答1题可能没什么问题。课本上介绍过金刚石和石墨都是碳元素的单质，也介绍了它们的部分物理性质，所以，不难看出A和B是正确的。对于C，只要大家 明白二者虽然都是碳元素的单质，但他们却不是同一种物质，就不难看出他们之间的互变应该是化学变化，所以C是错误的。最后根据它们都是碳元素的单质，充分 燃烧后都会生成二氧化碳，判断出D是正确的。
由于同学们知识有限，解答第2题可能会有困难。现在我们不妨先认识一下金刚石和石墨的结构。金刚石和 石墨虽然都是由碳原子构成的，但二者的原子结合方式却有很大差别，在金刚石中每个碳原子都紧密结合着另外的4个碳原子，并向空间发展成立体网状结构，要破 坏它很困难，需要很高的能量，所以它的密度较大，而且它是目前硬度最大的物质。
在石墨中每个碳原子都紧密结合着另外的3个碳原子，并向外发展成平 面网状结构，石墨就是由多个这样的“层”重叠在一起构成的。在石墨中，尽管同一层上的碳原子之间连接的很紧密，甚至比金刚石的结构强度还要大，但是各层之 间的距离很大，强度也小的多，所以石墨的密度和硬度都不如金刚石，而且在石墨中，层与层之间还非常容易滑动。
现在同学们已经知道了应该如何看待 A、B两项了，也许认为石墨的熔点、沸点也比金刚石低吧？要解决这个问题，我们还是要从结构上去分析、推理。前面提过，在石墨中“同一层上的碳原子之间连 接的很紧密，甚至比金刚石的结构强度还要大……”，要破坏同一层上碳原子之间的连接，则应该提供比破坏金刚石结构还要多的能量。而要使固体熔化，正是要通 过加热，提供能量，破坏微粒间的连接，使之变成液体的，所以石墨的熔点是高于金刚石的。值得指出的是，当石墨和金刚石一旦熔化成液体，就不会存在“结构” 不同的差别了，就完全一样了，所以，它们的沸点不用说，同学们也知道了。
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蔣公: 更! 我走了三十幾年,

竟然沒人燒一棟像樣的行館給我
　　　這幾天終於收到了 ,

而且還是完完整整的草山行館!
俺太高興了 ,

美齡 , 快從紐約回來一起住吧

[ 續集]

據通靈人士傳達:蔣公說~草山行館已收到,他老人家現在想要 總統府!

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