Kekasaran permukaan merupakan salah satu karakteristik kualitas yang penting terhadap hasil akhir permukaan, sehingga perlu menemukan pengaruh signifikan dari variabel-variabel input terhadap hasil akhir permukaan. Variabel pemesinan merupakan salah satu variabel yang memberikan pengaruh terhadap kekasaran permukaan pada proses pemesinan bubut. Penggunaan Design of Experiment (DOE), yaitu Full Factorial Method (FFM) untuk menentukan skenario eksperimen yang akan dilakukan pada pemesinan conventional turning (CT) dan Cutting Directional Vibration Assisted Turning (CDVAT) dengan total eksperimen 108 eksperimen (27 eksperimen CT dan 81 Eksperimen CDVAT). Variabel dependen adalah kekasaran permukaan, cutting temperature, dan keausan pahat (tool life). Perbandingan hasil variabel dependen antara pemesinan CT dan CDVAT diperhatikan. Pemesinan CDVAT menghasilkan dampak yang lebih baik dalam kekasaran permukaan dengan meningkatkan kualitas permukaan akhir benda hingga 36,9%, dan menurunkan cutting temperature hingga 33,15% dibandingkan dengan hasil yang dikerjakan oleh CT. Variabel pemesinan feed rate memberikan pengaruh yang paling besar terhadap hasil kekasaran permukaan dengan persen kontribusi sebesar 77,08%. Sedangkan, variabel pemesinan spindle speed, depth of cut, dan frekuensi tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap kekasaran permukaan. Model regresi memiliki tingkat akurasi prediksi sebesar 77,23% dengan mean error 15%. Kombinasi variabel pemesinan hasil dari model regresi yang menghasilkan nilai kekasaran pemesinan optimal menggunakan variabel pemesinan n = 2000 rpm, f = 0,05 mm/rev, ap = 0,25 mm, dan F = 20 kHz dengan nilai Ra sebesar 0,3848 µm. Tool life yang dihasilkan dari pemesinan CDVAT lebih baik daripada CT dengan perbedaan yang signifikan sebesar 62%.