超声负载匹配是超声加工能否顺利进行及质量优劣的关键。负载包括两方面的含义：一是超声加工过程中的加工力，二是超声电源的输出负载阻抗，分别对应超声加工负载力匹配和电源输出负载阻抗的电学匹配。

超声加工过程中负载力的大小影响加工效率、工件的加工质量和刀具的磨损情况。负载力太小，加工效率低下；负载力过大时，可能引起超声声学系统的损坏。因此需针对不同的工件和刀具，精确控制超声波加工过程中的负载力，即超声负载力匹配。超声波电源的输出负载阻抗必须满足一定的要求，才能输出其额定的功率，使超声振子获得足够的功率以达到一定的振幅，为此需进行电源输出负载阻抗的电学匹配。

超声波加工过程中根据刀具直径、工件材料不同，加工负载力相应调整，并在调整后稳定控制，使得在整个超声波加工过程中负载力恒定不变，从而保证加工的高效和工件低损伤或无损伤。即使在刀具破损的情况下，也能保护工件不受破损和机床设备的安全。

超声波负载力匹配系统分为硬件模式负载匹配进给系统和软件模式负载匹配进给系统。

基于液压加载理论，通过控制供给油液压力从而控制超声波加工头产生的推力（进给力），并在油液压力设定后控制加工负载力恒定不变。

负载匹配进给系统安装在机床工作台上，由重物块通过杠杆结构使工件向工具头进给；或通过重锤砝码使刀具以一定的压力作用在工件表面上。

利用弹簧推力使超声波加工头与工件之间的加工力维持在某一固定值附近。

在超声加工过程中，通过步进电动机的调节使液面上升或下降，引起浮筒的升降运动，浮筒带动工作台上下运动，进而调节工件所受的压力。

利用气动进给工作台使工件和刀具之间的切削力维持在某一固定值附近。

采用智能控制算法ADC/自适应控制、ACC/Acoustic控制和APC/压力自动控制，集负载匹配进给、匀速进给与加工在线监测于一体。负载匹配进给的实现是通过监测加工过程中的压力，然后把监测到的实际压力与设定的压力值相比，根据两个压力的差值，数控系统自动调整进给系统，实现超声波加工的负载匹配进给。如德国的DMG/Sauer公司的五轴联动旋转超声波加工中心。

各种超声负载力匹配系统的优缺点：重物块负载匹配系统，加载过程方便，但进给力不能精细调，控制精度低；弹簧拉力负载匹配系统，结构紧凑且简单，但是对于负载力的变化非常敏感，不容易控制，负载力不能维持在一个理想的设定值；液压负载匹配系统，占地面积大且结构复杂，液压油容易泄漏，控制精度低，反应慢；液体浮力匹配系统，采用微量进给和微量压力工作方式，控制精度高，但是机械结构繁杂，液体也不易保存；气动负载匹配系统，结构简单，摩擦因数小（甚至无摩擦），采用步进电动机或电气比例阀的微量进给控制，反应灵敏，负载控制精度高，价格低廉；软件模式负载匹配进给系统（伺服负载匹配系统），对载荷的变化反应灵敏，但是系统成本和维护价格昂贵。

无论是接触式供电还是非接触式供电的超声振动系统，超声电源均要求其输出负载阻抗在工作频率下呈纯阻状态，即所谓的负载调谐匹配，以使电源输出电压电流同相位，减少电路无功损耗，提高功率因数及输出效率。换能器对调谐并无要求，负载失谐会对电源产生不利的影响，严重时甚至会损坏机器。因此，调谐实际上是电源对其输出负载匹配的要求，是从安全角度出发所必须做到的。

对于接触式供电超声振动系统，常用的调谐匹配方法有在电源及超声振子之间串联电感和并联电感两种。除了单个元件匹配外，还可以采用多个电感电容元件匹配、输出变压器初级补偿、LLCC输出补偿等方式。

对于新兴起的非接触式供电超声振动系统，即采用电磁耦合感应装置实现从超声电源到超声振子之间的非接触式能量传输，其对主轴转速没有限制，能够实现高转速的超声波加工，不存在接触磨损无须维护，主副边之间实现电气隔离，电能传输更安全更稳定。常用的调谐匹配方法是在电源及非接触电磁感应耦合装置的主边线圈之间串联和/或并联电感和/或电容，同样可以采用单个元件匹配，或多个电感电容元件匹配。

如图所示为双边电路匹配的非接触供电超声波加工装备的能量传输示意图。主边电路匹配网络用来补偿电源输出负载的电抗，使电源输出负载阻抗呈纯阻状态，实现电源输出电压电流同相位。

非接触供电超声波加工装备的能量传输示意图

实际的超声波电源是非理想电源，需要一个最佳的负载才能输出额定的功率。将超声电源的输出负载阻抗变至适当值，使电源达到最佳功率输出，使换能器获得足够的功率，即所谓的电源输出负载的阻抗匹配。

对于接触式供电超声振动系统，通过匹配电感电容实现阻抗变换的能力是有限的。对于大功率换能器或负载很大的情况，一般是在超声电源与换能器之间连接紧耦合变压器，通过输出变压器初次级线圈的匝数比进行阻抗变换。

对于非接触式供电超声振动系统，同样可以采用在电源与非接触电磁感应耦合装置之间连接紧耦合变压器以实现阻抗变换。但非接触电磁感应耦合装置本身就具备阻抗变换的能力。相关的研究已经提出了控制电源输出负载阻抗的非接触电磁感应耦合器线圈匝数优化方法，使其满足电源负载匹配条件，提高了非接触供电系统的功率输出能力，为换能器提供足够的功率以满足振幅的要求，同时有效地避免了补偿元件局部高压现象，保证了系统的安全性。

对于非接触式供电超声振动系统，电源输出负载的阻抗匹配还可实现一些特殊性能。

传输效率。副边电路匹配能够调节电源输出负载的各个组成环节所占比重，进而提高非接触能量传输系统的功率传输效率。四种基本的双边电路匹配拓扑，分别为SS（主边与副边都串联补偿）、SP（主边串联副边并联补偿）、PS（主边并联副边串联补偿）和PP拓扑结构（主边与副边都并联补偿）。

对于单边补偿也叫副边自补偿。其主边采用补偿元件（电感或电容）实现调谐匹配的作用，使电源输出电压、电流同相位。而副边不采用补偿元件，亦可通过调整主副边线圈匝数，调节电源输出负载的阻抗值及负载各组成环节的比重，在实现上述常规阻抗匹配的前提下，提高传输效率。

输出功率自适应。针对旋转超声波加工过程中切削力不恒定引起的振幅衰减问题，有研究提出了非接触供电超声振动系统电路匹配元件参数值的调节方法，使电源输出负载阻抗值随加工负载力的变化而变化，实现电源输出功率在一定加工负载力范围内具有明显的输出功率随加工力的增大或减小而自适应增大或减小的能力，从而有效地避免了振幅衰减，可维持振幅的基本恒定。