Оптимизация заключается в определении оптимальных значений скорости резания V (частоты вращения шпинделя или детали n), подачи S и глубины резания t на каждом рабочем ходе для заданного перехода.

Оптимальный режим резания характеризуется таким сочетанием отдельных его элементов, которое обеспечивает качественное выполнение данной операции с наименьшими затратами труда. Следовательно, оптимальным является такой режим, который обеспечивает наименьшую себестоимость обработки при условии удовлетворения всех требований к качеству продукции.

Важнейшим фактором, обусловливающим снижение себестоимости изготовления деталей, является повышение производительности металлорежущего оборудования, т.е. обеспечение минимального машинного времени T _м при обработке деталей.

Скорость главного движения резания V (м/мин) определяется по формуле

                                  (6.1)

где D – диаметр поверхности обрабатываемой заготовки, мм; n – частота вращения заготовки, об/мин.

а основное технологическое время – по формуле

                          (6.2)

где L – путь, проходимый резцом в направлении подачи, мм; i – число проходов резца на данной операции, мм; h – припуск на обработку, мм, t – толщина срезаемого слоя (длина нормали к поверхности резания, проведенной через рассматриваемую точку режущей кромки, ограниченная сечением срезаемого слоя), мм; s ₀ – подача на оборот, мм/об.

С учетом формул (6.1) и (6.2), получаем

При точении одних и тех же деталей величина  остается постоянной. Обозначив ее буквой С, получим

Отсюда видно, что наименьшее машинное время при точении может достигаться при наибольшем значении произведения V ∙ S_o ∙ t.

Последовательность выбора v , S ₀ , t определяется их влиянием на стойкость резца. Аналитически найдено, что стойкость резца зависит от глубины резания в меньшей степени, чем от подачи; с повышением скорости резания стойкость резца снижается наиболее интенсивно. Поэтому для определения рационального режима резания при заданной стойкости инструмента необходимо вначале выбирать максимально допустимую глубину резания, затем устанавливать максимальную технологически допустимую подачу, а по выбранным глубине резания и подаче определять скорость резания.

Глубина резания определяется припуском на обработку. Из формулы машинного времени видно, что наименьшим оно будет в случае, когда весь припуск снимается за один проход резца. Хотя современные методы изготовления заготовок предусматривают минимальные припуски на механическую обработку, однако чаще ее приходится производить в два прохода – черновой и чистовой. В этом случае весь припуск h делят на предварительный h _пр и чистовой h _ч. Причем h _пр = 0,85∙ h.

Максимальную технологически допустимую подачу определяют с учетом установленной глубины резания и требований к обработанным поверхностям, прочности и жесткости механизма подачи станка, способа крепления резца и других ограничивающих факторов.

Скорость резания при точении зависит от качества обрабатываемого и инструментального материалов, стойкости режущего инструмента, геометрических параметров режущей части резца, способа охлаждения зоны резания и других факторов. Скорость резания ( v , м/мин) определяют по эмпирической формуле

где С _V – коэффициент, учитывающий свойства обрабатываемого материала, кинематические элементы и характеристики резания, условия обработки; X_V , Y_V – показатели степеней, зависящие от условий обработки; m – показатель степени в скоростно-стойкостной зависимости; k_V – поправочный коэффициент.

Значения k_V, X _V, Y_V приводятся в нормативных материалах. По рассчитанной скорости резания определяется необходимая частота вращения заготовки п и подбирается по паспорту станка частота вращения шпинделя.

После выбора толщины среза, которая при прочих равных условиях (t и S_O) зависит от величины главного угла в плане режущего инструмента, и скорости главного движения резания рассчитывают мощность N_e, затрачиваемую в процессе резания, по формуле (6.3).

N_e=P_Z∙V                                      (6.3)

а расчетная мощность электродвигателя станка N_e определяется по формуле (6.4)

                                   (6.4)

где η – КПД станка (для современных токарных и фрезерных станков η = 0,75 ... 0,9, сверлильных – 0,85 ... 0,9, шлифовальных – 0,8 ... 0,95).

При оптимизации применения технологического оборудования необходимо учитывать следующие обстоятельства.

Главными условиями выбора оборудования являются:

1) соответствие технологических возможностей станка СТ_Т.В множеству переходов {а₁, а₂, ... ,а_п} проектируемой операции;

2) соответствие рабочей зоны станка L_CT пространству, занимаемому приспособлением L _пр с обрабатываемой заготовкой L _заг и инструментальной наладкой L _ин, т.е. L_CT=(L _пр+L _заг+L _ин);

3) экономическая целесообразность применения тех или иных станков (экономически допустимая партия деталей N _эк) в зависимости от типа производства или размеров партии деталей N _дет.

Совокупность указанных условий образует математическую модель выбора допустимых типоразмеров оборудования:

Количество параметров, условий и их вид определяются конкретным типом операции, схемой установки заготовки, ее формой и размерами.