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CO2激光切割的關鍵技術是光、機、電一體化的綜合技術。激光束的參數、機器與數控系統的性能和精度都直接影響激光切割的效率和質量。

CO2激光切割的關鍵技術，對于飛行光路的切割機，由于光束發散角，切割近端和遠端時光程長短不同，聚焦前的光束尺寸有一定差別。入射光束的直徑越大，焦點光斑的直徑越小。為了減少因聚焦前光束尺寸變化帶來的焦點光斑尺寸的變化，國內外激光切割系統的制造商提供了一些專用的裝置供用戶選用：(1)平行光管。這是一種常用的方法，即在CO2激光器的輸出端加一平行光管進行擴束處理，擴束后的光束直徑變大，發散角變小，使在切割工作范圍內近端和遠端聚焦前光束尺寸接近一致。(2)在切割頭上增加一獨立的移動透鏡的下軸，它與控制噴嘴到材料表面距離的Z軸是兩個相互獨立的部分。當機床工作臺移動或光軸移動時，光束從近端到遠端F軸也同時移動，使光束聚焦后光斑直徑在整個加工區域內保持一致。

CO2激光切割的關鍵技術，在工業生產中確定焦點位置的簡便方法有三種：(1)打印法：使切割頭從上往下運動，在塑料板上進行激光束打印，打印直徑最小處為焦點。(2)斜板法：用和垂直軸成一角度斜放的塑料板使其水平拉動，尋找激光束的最小處為焦點。(3)藍色火花法：去掉噴嘴，吹空氣，將脈沖激光打在不銹鋼板上，使切割頭從上往下運動，直至藍色火花最大處為焦點。