CNC 系统的主要任务是对刀具和工件之间的相对运动进行控制。
1．正常工作前的准备工作
在接通电源后，CNC 装置将对数控系统各组成部分的工作状态进行检查和诊断，并设置初态。
对第一次使用的数控装置，还需要进行机床参数设置。如指定系统控制的坐标轴；指定坐标计量单位和分辨率；指定系统中配置可编程控制器的状态；指定系统中检测器件的配置；工作台各轴行程正负向极限的设置等。通过机床参数的设置，使 CNC 装置适应具体数控机床的硬件构成环境。
2．零件加工控制信息的输入
CNC 系统具备了正常工作条件后，开始进行零件加工程序的输入。
根据管理形式不同，编程工作可以在专门的编程场所进行，也可在机床前进行。对前一种情况，可采用手工编程或者自动编程，产生的零件加工程序可采用信息载体（如纸带、磁盘），再通过输入装置输入到 CNC 装置或者采用通信方式直接传到 CNC 装置。对后一种情况，操作员直接用 CNC 装置本身的编辑器进行零件加工程序的编写和修改。
值得注意的是：加工前还要输入实际使用刀具的刀具参数、工件坐标系原点相对机床坐标系原点的坐标值。

3．数控加工程序的译码和预处理
加工控制信息输入后，启动加工运行。此时 CNC 装置在系统控制程序的作用下，对其进行预处理，即进行译码和预计算（如刀补计算、坐标变换等）。
进行译码时，将其区分成几何的、工艺的数据和开关功能。几何数据是刀具相对工件的运动路径数据，如有关 G 功能和坐标字等，利用这些数据可加工出要求的工件几何形状。工艺数据是主轴转速（S 功能）和进给速度（F 功能）等功能参考。开关功能是对机床电器的开关命令（辅助 M 功能和刀具选择 T 功能），例如主轴启／停、刀具选择和交换、冷却液的启／停等。
当编程时，一般不考虑刀具的实际几何数据，CNC 装置根据工件的几何数据和在加工前输入的实际刀具参数，进行刀具长度补偿和刀具半径补偿计算，简称刀补计算。为方便编程，CNC 系统中存在着多种坐标系，故 CNC 装置还要进行相应的坐标变换计算。
4．插补计算
一个程序段的加工控制信息预处理完毕后，才能运行该数控加工程序进行插补处理。根据该程序段已知的几何数据、相应工艺数据中的速度信息，计算出该曲线段起、终点之间的一系列中间点，分别向各个坐标轴发大小和速度都确定的、协调的运动序列命令。一般按照插补结果，插补算法被分为脉冲增量插补法和数字增量插补法。前者的插补结果是分配给各个轴的进给脉冲序列，后者的插补结果是分配给各个轴的插补数据序列。
5．位置控制
各个轴的伺服系统将插补结果作为各个轴位置调节器的指令值，机床上位置检测元件测得的位移作为实际位置值。位置调节器将两者进行比较，经过调节，输出相应的位置和速度控制信号，控制各轴伺服系统驱动机床各轴运动。通过各个轴运动的合成，产生数控加工程序所要求的工件轮廓和尺寸。
CNC 装置发出的开关命令送给 PLC，在系统程序的控制下，在各加工程序段插补处理开始前或完成后，开关命令和由机床反馈的回答信号一起被处理和转换为机床开关设备的控制命令，实现程序段所规定的 T 功能、M 功能和 S 功能。
CNC 系统在进行一个程序段的插补计算和位置控制的同时，又对下一程序段作译码和预处理，为逐段运行数控加工程序作准备。一个程序段加工完后，再进行下一程序段的插补计算和位置控制……直至整个零件加工程序执行完毕。操作人员取出加工好的工件．再装上一个工件毛坯，启动机床继续加工。
另外，在机床的自动运行过程中，CNC 系统要随时监视数控机床的工作状态，通过显示系统及时向操作者提供系统工作状态和故障情况。数控系统还要对机床操作面板进行监控，及时处理有关信号。