Untuk memenuhi kebutuhan mesin perkakas CNC bagi workshop industri kecil dan atau sebagai media pembelajaran pada institusi pendidikan, maka dikembangkan prototype mesin CNC milling 3-axis yang berukuran kecil (mini) dengan menggunakan sistim kontrol terbuka (open loop control sistim). Sistim kontrol seperti ini mudah dipengaruhi oleh gangguan dari luar seperti backlash, gaya potong, defleksi getaran dll), sehingga dapat mempengaruhi ketelitian gerakan meja mesin. Penelitian ini bertujuan mengembangkan metode kompensasi (compensation) perintah terhadap motor stepper sebagai motor penggerak, untuk meningkatkan ketelitian gerakan mesin. Ketidaktelitian gerakan mesin CNC Milling dalam proses pemotongan disebabkan oleh kombinasi beberapa sumber kesalahan (error) yang dimensinya hanya dapat diketahui setelah proses pemesinan dilakukan. Dalam penelitian ini pengujian proses pemesinan pada benda kerja aluminium dilakukan dengan beberapa variasi kondisi pemotongan yaitu kedalaman potong, lebar pemotongan dan kecepatan pemakanan, untuk mengidentifikasi dan memodelkan pola penyimpangan dimensi hasil pengerjaan. Data pemodelan tersebut digunakan sebagai acuan untuk memberikan kompensasi perintah bagi proses pemesinan berikutnya, sehingga penyimpangan dimensi menjadi lebih kecil dan sebaliknya ketelitian gerakan mesin menjadi meningkat. Hasil penelitian menunjukan bahwa rata-rata penyimpangan dimensi akibat proses pemesinan pada arah sumbu X sebesar +0,028 mm dan arah sumbu Y sebesar +0,021 mm. kompensasi perintah yang diberikan melalui modifikasi program CNC (G-code) dan melalui pengaturan jumlah step per unit motor stepper, dapat memperkecil penyimpangan gerakan sumbu X dan sumbu Y hingga dibawah 0,005 mm. Kata kunci : error, open loop control system, compensation, CNC