L'objectif de cette étude est de caractériser les conditions de coupe au cours de l'usinage d'un matériau composite multicouches permettant d'éviter l'apparition des défauts (délaminage, échauffement de la résine et usure de l'outil de coupe) par analyse vibratoire. Un plan d'expériences composite centré de 20 essais a été défini pour les paramètres de coupe (vitesse de coupe Vc, profondeur de passe ap et avance par tour f). Les niveaux de vibrations (dans les trois directions à savoir x, y et z) ont été mesurés pour chaque essai. Les méthodes de régression linéaire (MRL) et de surface de réponses (RSM) ont permis de déterminer des modèles mathématiques utilisant les données expérimentales. Les résultats montrent une forte corrélation entre le niveau vibratoire relevé et l'apparition des défauts cités.