La simulación virtual de procesos de mecanizado multi-ejes de alta resolución juega hoy en día un papel importante en la producción de piezas complejas en diversas industrias. Para mejorar la calidad de la superficie y la productividad, los parámetros del proceso, como la velocidad del husillo, la tasa de avance y la profundidad de corte, deben ser optimizados utilizando un modelo de proceso de fresado preciso, lo que requiere tanto el rápido prototipado virtual de la geometría de la pieza mecanizada para la verificación de la trayectoria de la herramienta como la determinación precisa del compromiso entre la herramienta y la pieza de trabajo para las predicciones de fuerza de corte. En estas circunstancias, este artículo presenta un método volumétrico efectivo que puede proporcionar con precisión la información geométrica requerida con alta y estable eficiencia computacional bajo la condición de alta resolución de malla. El método propuesto se basa en una malla de tres niveles, que aplica dos niveles de refinamiento adaptativo en la descomposición del espacio para abolir el efecto adverso de un gran factor de ramificación de nivel fino en su eficiencia. Dado que se utiliza la descomposición jerárquica del espacio, esta representación multi-nivel permite el procesamiento por lotes de los vóxeles afectados y cálculos de intersección mínimos, logrando resultados de modelado rápidos y precisos. Para calcular la región de compromiso instantáneo, los ángulos de inmersión se obtienen fusionando los puntos de intersección entre los bordes de los vóxeles de nivel inferior y la superficie de la herramienta, que luego se recortan mediante arcos de contacto factibles determinados utilizando la teoría de envolventes. En una serie de casos de prueba, el método propuesto muestra una mayor eficiencia que el modelo tri-dexel y una mayor aplicabilidad en mecanizado de alta precisión que la malla de dos niveles.