El torneado es un proceso de mecanizado complejo que se puede caracterizar por una serie de rendimientos para un sistema de mecanizado dado, material de la pieza de trabajo, herramienta de corte y régimen de corte seleccionado. Además de las características de la calidad de la superficie mecanizada, la estimación del tiempo de mecanizado es particularmente importante para los fabricantes, ya que el tiempo de mecanizado está directamente relacionado con otros rendimientos importantes del proceso de torneado, como la productividad, el costo y el consumo de energía. En este artículo, se desarrolló un modelo para la estimación del tiempo total de operación en el torneado de una pieza con perfil continuo, hecha de copolímero de polioximetileno (POM-C), utilizando una herramienta de corte de diamante policristalino (PCD). Se aplicaron enfoques de diseño compuesto central centrado (CCD) y transformación de Box-Cox para ese propósito. El modelo desarrollado se utilizó luego como la función objetivo en el modelo de optimización propuesto, que también incluyó tres restricciones prácticas relacionadas con la calidad de la superficie mecanizada (rugosidad de la superficie y deflexión de la pieza de trabajo) y aspectos de maquinabilidad del material de la pieza de trabajo (formas de viruta favorables). Se desarrollaron modelos no lineales y lineales, utilizados como restricciones, basados en los resultados de la investigación experimental del torneado de POM-C utilizando una herramienta de corte PCD. El modelo de estimación del tiempo total de operación mostró una buena concordancia con los resultados de las simulaciones de trayectoria de herramienta en software CAM y la prueba experimental de validación en un entorno de fabricación real. Al aplicar la solución óptima, se puede lograr un ahorro del 44% del tiempo total para el mecanizado de una sola pieza, en comparación con los valores recomendados de parámetros de corte, lo que indica beneficios significativos de optimización en el torneado de plásticos industriales.