TBM kesici kafa üreticilerinin pratik gereksinimleri temel alınarak kesici kafalar için temel bir tasarım iş akışı oluşturulmuştur. Jeolojik tünel açma koşullarını, kesici kafa yapısal parametrelerini ve operasyonel tünel açma parametrelerini entegre ederek, kesici kafa düzeni, açıklık konfigürasyonu ve kesici kafa gövde tasarımı gibi temel tasarım öğeleri için hesaplamalı modeller geliştirildi- ve bu da TBM kesici kafanın belirli jeolojik ortamlara uyarlanabilirliğini artırmak için karşılık gelen bir tasarım metodolojisinin teklif edilmesine yol açtı. Bu tasarım iş akışı, kesici kafa gövde tipinin seçimini, kesici düzenlemesini, gübre kanalı tasarımını ve destek yapısı tasarımını kapsar.
Pratik mühendislik uygulamalarında, kesicilerin seçimi ve birincil operasyonel parametrelerin (kesici aralığı, penetrasyon derinliği, itme ve tork dahil) belirlenmesi, mevcut jeolojik koşullara göre yönlendirilmelidir. ANSYS gibi araçlar, mekanik performans analizine (özellikle maksimum deformasyon ve gerilim seviyelerinin değerlendirilmesine) yönelik simülasyonlar gerçekleştirmek için kullanılırken, Ayrık Elemanlar Yöntemi (DEM) simülasyonları da pislik giderme verimliliğini analiz etmek için kullanılır. Ayrıca, -BP sinir ağlarına ve Sonlu Elemanlar Analizine (FEA) dayalı bir gerinim yeniden yapılandırma yöntemi-, TBM kesici kafasındaki kritik konumlardaki gerilimi izlemek için uygulanabilir, böylece zorlu çalışma koşulları altında gerinim izlemeyle ilgili zorluklara çözüm bulunabilir.
Kesici kafa tasarımı, yüksek-sertlikli kaya katmanları, su-zengin kumlu katmanlar ve kompozit zemin oluşumları dahil olmak üzere karmaşık jeolojik ortamları etkili bir şekilde ele almalıdır. Özellikle, kömür madenciliğinde kullanılan tam yüzeyli sert kaya TBM'lerine yönelik kesme kafalarının tasarımı, geleneksel sert kaya TBM'lerininkinden farklıdır çünkü yer altı nakliyesi ve montajı gerekliliklerinin getirdiği belirli boyut ve ağırlık kısıtlamalarına uymaları gerekir. Tasarım yenilikleri sıklıkla belirli proje taleplerini karşılayacak şekilde uyarlanır; örnekler arasında "Kafkasya" sert kaya TBM'si için benimsenen eşzamanlı tünel açma ve segment montaj teknolojisi, aktif artikülasyon sistemleri ve iki-iki yönlü dönen kesici kafalar gibi hedeflenen tasarım özellikleri yer almaktadır.
