CNC加工过程首先在内部或由CAD/CAM设计服务公司创建2D矢量或3D实体零件CAD设计。计算机辅助设计（CAD）软件允许设计人员和制造商生成其零件和产品的模型或渲染，以及用于生产零件或产品的必要技术规格，例如尺寸和几何形状。
CNC加工零件的设计受CNC机床和刀具的功能（或不能）限制。例如，机械加工的大多数数控机床是圆柱形的，因此通过CNC加工过程可能的零件几何形状受到限制，因为工具会产生弯曲的拐角部分。此外，机械加工材料的特性，工具设计和机器的工件夹持能力进一步限制了设计可能性，例如更小零件厚度，更大零件尺寸，内部空腔和特征的夹杂物和复杂性。
CAD设计完成后，设计人员将其导出为CNC兼容的文件格式，例如STEP或IGES。