金屬激光切割的幾項關鍵技術是光、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。特別是對于切割精度較高或厚度較大的零件，必須掌握和解決以下幾項關鍵技術：

激光切割的優點之一是光束的能量密度高，一般>10W/cm2。由于能量密度與4/πd2成正比，所以焦點光斑直徑盡可能的小，以便產生一窄的切縫；同時焦點光斑直徑還和透鏡的焦深成正比。聚焦透鏡焦深越小，焦點光斑直徑就越小。但切割有飛濺，透鏡離工件太近容易將透鏡損壞，因此一般大功率CO2激光切割工業應用中廣泛采用5〃～7.5〃（127～190mm）的焦距。實際焦點光斑直徑在0.1～0.4mm之間。對于高質量的切割，有效焦深還和透鏡直徑及被切材料有關。例如用5〃的透鏡切碳鋼，焦深為焦距的2%范圍內，即5mm左右。因此控制焦點相對于被切材料表面的位置十分重要。顧慮到切割質量、切割速度等因素，原則上＜6mm的金屬材料，焦點在表面上；＞6mm的碳鋼，焦點在表面之上；＞6mm的不銹鋼，焦點在表面之下。具體尺寸由實驗確定。

在工業生產中確定焦點位置的簡便方法有三種

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。

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。

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。

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：

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。

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（standoff）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。