Debido a sus características superiores, los plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP) se han utilizado ampliamente en la industria aeroespacial y en otros campos. Sin embargo, su procesamiento efectivo y económico sigue siendo un desafío. El propósito de este artículo fue investigar experimentalmente la influencia de varios parámetros de mecanizado, a saber, la velocidad del husillo, la profundidad de corte, la velocidad de avance y el tamaño del grano en diferentes rendimientos de mecanizado, es decir, la fuerza de rectificado y la rugosidad de la superficie a través del rectificado por vibración ultrasónica longitudinal-torsional (L&T) de CFRP. Se utilizó la metodología de superficie de respuesta con un diseño de Box-Behnken para crear los experimentos. Los modelos matemáticos de ajuste de la fuerza de rectificado y la rugosidad de la superficie se establecieron por separado para explorar la interacción entre los parámetros de mecanizado y el impacto en los resultados del mecanizado. Con el propósito de mejorar la calidad de la superficie y reducir la fuerza de rectificado, se utilizó el NSGA-II para la optimización multiobjetivo con el fin de obtener la solución óptima de Pareto. En comparación con los parámetros experimentales iniciales, los resultados optimizados pueden mejorar significativamente la rugosidad de la superficie y reducir la fuerza de corte.