Dalam industri manufaktur, proses pembubutan konvensional (conventional turning) merupakan salah satu dari beberapa proses pengubahan bentuk material secara pemesinan (proses pemesinan) yang sering dijumpai. Namun conventional turning mengalami kekurangan yaitu menghasilkan kekasaran permukaan yang kurang baik, salah satunya pada material Aluminum Alloy 6061-T6. Kekasaran permukaan dapat dipengaruhi oleh variabel pemesinan dan keausan pahat. Keausan pahat disebabkan oleh suhu pemotongan yang terlalu tinggi akibatnya pahat mengalami deformasi plastis. Two-Dimensional Ultrasonic Vibration Assisted Turning (2D UVAT) menjadi salah satu alternatif dalam mengatasi kekurangan pembubutan konvensional. Penelitian ini bertujuan untuk menemukan pengaruh variabel pemesinan 2D UVAT terhadap kekasaran permukaan dan cutting temperature serta menemukan kombinasi nilai variabel pemesinan optimal dengan menggunakan design of experiment (DOE) metode full factorial method (FFM) Berdasarkan Uji ANOVA yang dilakukan, keempat variabel pemesinan yaitu spindle speed, feed rate, depth of cut, dan frekuensi berpengaruh signifikan terhadap kekasaran permukaan dan cutting temperature. Variabel feed rate berpengaruh signifikan terhadap kekasaran permukaan dengan persentase kontribusi sebesar 86,01%. Variabel feed rate juga berpengaruh signifikan terhadap cutting temperature dengan persentase kontribusi sebesar 23,37%. Penelitian ini juga mengungkapkan bahwa semakin besar frekuensi pemesinan 2D UVAT, maka kekasaran permukaan dan cutting temperature akan semakin kecil. Nilai kombinasi variabel pemesinan 2D UVAT paling optimal terhadap kekasaran permukaan dan cutting temperature tercapai pada spindle speed = 855 RPM, feed rate = 0,05 mm/rev, depth of cut = 0,25 mm, dan frekuensi = 20.000 Hz.