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拼合法在折叠纸盒结构CAD系统中的应用

虽然折叠纸高压管盒结构型式变化繁多、至今尚无国家标准，但均是由印刷后的白板纸或玻璃卡纸等经纸盒工厂折痕压制后交给用户，由用户折叠成型和包装产品，故折叠纸盒的结构设计图是平面的，我们习惯上把折叠纸盒结构设计图称为盒片。研究发现，盒片是由许多封闭曲线锯的平面按一定的规则集合而成的，而每个封闭平面基本上对应着成盒后纸盒的一个功能面，这样可以把纸盒的每一个独立面分成一个盒片零件，在笔者研究的折叠纸盒结构CAD系统中，进行纸盒结构设计实质就是对不同的盒片零件通过拼合技术拼成盒片。

一.拼合法的基本原理

拼合技术的基本思想是用简单的有规则形状的几何体拼合成复杂的物体。拼合算法因同时各系统所选用的实体表示法和数据结构的不同而有很大差异。从拓扑的角度看，拼合运算就是对参与运算物体的点分类，找出构成运算结果的点集。

盒片是标准电容平面图形，相对于三维实体造型情况简单一些行业人士表示。将盒片零件通过轴对称变换、中心对称变换、镜像、旋转、移位等操作并进行定位，通过复制、拷贝、删除、放大、缩小等进行修改，盒片零件之间通过共用边连接成盒片。

二.盒片零件

1．盒片零件的构成与划分

盒片零件是构成盒片的基本单元，是“由盒片零件构成盒片”的基本思想的实体。盒片零件是由一条条边围成的封闭平面图形，组成盒片零件的线可分为边界线和非边界线，边界线又分为可连接边和非可连接边。所有的边界线组成盒片零件的封闭外边界，只有可连接边才可以被两个盒片零件所共用，形成两个盒片零件的连接，在盒片零件未连入盒片中时，其周边是单实线，代表轮廓裁切线，接入盒片后，两个盒片零件的共用边与实际盒片中的压痕线相对应（如图1中（a）的边2、（b）的周边）。

折叠纸盒的盒片可视为是由盒盖、盒体、盒底构成的，再将折叠纸盒细分，可以把纸盒每一个独立的面分成一个盒片零件，盒片拆分成盒片零件的基本原则是：成盒后的每个独立的平面拆分成一个盒片零件，对于某些在结构上有密切关系的两个或多个面，也可以将其合成壁厚巨细差异的一个盒片零件加以考虑，研究发现折叠纸盒的主要变化结构是盒盖和盒底，盒体基本没有变化，因此可以将盒盖、盒体、盒底看成是单独的盒片零件，即一般的折叠纸盒可视为是由不同的盒盖、盒底通过盒体拼合而成的，如图1中(a)主摇翼与插舌，由于两部分之间有插锁结构，在结构尺寸方面有严格的限制，因而将其划分为一个盒片零件，(b)因为开窗的缘故将开窗的两个面视为同一盒片零件。按照这一规则可以将折叠纸盒盒片分成如图2的层次结构，将纸盒功能面进行分离，即将纸盒分成各个零件。将拆好的盒片零件做成零件库，以便在盒片设计过程中可以直接调用。在建立盒片零件库时，应注意盒片零件必须是参数化的，即构成盒片零件的几何参数必须能根据需要自动进行调整。

2．盒片零件的拼合

由盒片零件拼合成盒片时，仅仅确定某盒片零件某边与其它盒片零件的某边是相连的，并不能唯一确定盒片的图形，必须对盒片零件进行变换（如：轴对称变换、中心对称变换、旋转、移位等。）、确定其相对位置等。 只要确定第一个零件，以后的各零件被选中后，依次确定其是否需要进行变换及后连入盒片的零件边的终点与其所连边的起点之间的距离，最后就能确定唯一组成的盒片图。以图3为例简单介绍一下盒片零件的拼合过程,（a）调用零件双绞线库中的粘接边，(b)根据需要对粘接边进行轴对称变换，(c)从盒片零件库中调出盒体的一个零件，(d)移动盒体的零件与粘接边拼合，(e)拼合完毕，共用边由单实线变成单虚线表示内压痕线。卷簧用弹簧钢Sup6的高温脱碳特性的试验研究

将拼合技术应用在纸盒结构CAD系统中，用户不但可以根据需要将拼合好的盒片存储到盒片库中，而且也可以直接调用盒片库中的盒片，对其进行修改。

拼合法在折叠纸盒结构CAD系统中的应用有着极其深远的意义，它不但能精确地实现折叠纸盒的结构设计，保证产品的设计质量，而且还为下一步纸盒的装潢设计提供了条件，减少了其对设计人员的依赖性，降低了劳动强度，开辟了计算机技术在纸盒结构设计中的新纪元，大大地缩短了设计周期，节约了成本，增强了企业和设计师的市场竞争力。

来源:广东包装 骆光林 张晓惠 于江