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 激光切割机在切割过程中，光束通过切割头的透镜聚焦成一个小焦点，使焦点达到高功率密度，切割头固定在z轴上.这时，光束输入的热量远远超过材料反射、传导或扩散的部分热量，材料迅速加热到熔化和汽化温度。同时，高速气流将从同轴或非同轴侧熔化。并且将汽化的材料吹出以形成用于切割材料的孔。随着焦点和材料的相对运动，孔形成一个宽度很窄的连续狭缝，完成材料的切割。
以刀模行业的激光切割机为例，最小切割宽度可以达到0.45mm，因为最窄的刀皮厚度为0.45mm，而且激光也可以调节切割不同的宽度，满足不同的切割需求。
目前激光切割机的外光路部分主要采用飞行光路系统。激光发生器发出的光束通过反射镜1、2、3到达切割头上的聚焦透镜，聚焦后在被加工材料表面形成光斑。反射镜1固定在机身上，不移动；光束上的反射镜2随着光束的移动沿x方向移动； z轴上的反射透镜3随着z轴的移动而沿y方向移动。从图中不难看出，在切割过程中，随着光束沿x方向移动，z轴部分沿y方向移动，光路的长度一直在变化。
CO2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化技术。
激光束的参数、机器的性能和精度以及数控系统都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度高或厚度大的零件，必须掌握和解决以下关键技术：
焦点位置控制技术：激光切割的优点之一是光束的能量密度高，一般为10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比，焦斑直径尽可能小，以产生窄缝；同时，焦斑直径也与镜头的焦深成正比。聚焦透镜的焦深越小，焦斑直径越小。但切割时有飞溅物，镜片离工件太近而损坏镜片。因此，5"~7.5""（127~190mm）的焦距在一般大功率CO2激光切割工业应用中被广泛使用。实际焦斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割，有效焦深还与镜头直径和被切割材料有关。例如用5"镜头切割碳钢时，焦深在焦距的+2%以内，约为5mm。因此，焦点受到控制。相对于待切割材料表面的位置非常重要。考虑到切割质量和切割速度等因素，原则上6mm碳钢，重点在表面以上； 6mm不锈钢，重点在表面以下。具体尺寸由实验确定。