本文针对多轴数控机床在机仿真系统,从多轴数控加工仿真框架、加工仿真加工中毛坯模型及布尔运算以及加工仿真加工中毛坯模型的可视化等多方面入手,针对在机数控加工系统运算效率以及仿真精确度等问题进行了研究。传统的数控加工框架基于加工代码,即G代码或者M代码,由于无法了解机床内部插补算法,因此在插补段中无法准确的还原机床运动状态。针对该问题,使用基于数控系统内部插补数据的数控加工框架,并与数控系统集成,直接获取机床当前各个轴的插补数据,以配适在机仿真,且较加工代码仿真提高了还原度。加工中毛坯模型以及其布尔运算一直是加工仿真中的关键技术,但针对Voxel数据的布尔运算一直存在随着运算步数的增多单步运算速度会降低的问题。在深入研究各种模型及与其相配适的布尔运算的基础上,以计算机图形学的研究方法为依据,基于刀具表面与加工中毛坯表面在几何上G0的连续性,本文提出了一种基于区域生长的布尔运算方法以及对应的加工中毛坯模型,以实现更高速的加工仿真布尔运算,并实验验证了其可行性与高效性。加工中毛坯模型的可视化是加工仿真中将计算机数据转化为可视的图像呈现给用户的重要步骤。针对现有的八叉树可视化算法计算效率不足以及等值面算法Marching-Cube算法在部分区域的信息错误与丢失问题,本文通过对比各种不同的可视化方案,在传统区域生长算法与Dual-Contouring算法的基础上,综合二者,提出了基于区域生长的Dual-Contouring算法的可视化算法,在保证可视化精度的情况下提高了算法效率。最后,基于以上研究成果,结合实际项目经验,进行了相关的仿真优化,并开发了软件原型系统。可以实现机床运动仿真、碰撞检测、机床加工仿真等多种功能。