本发明公开了一种刀具夹持机构、刀库以及数控机床，涉及数控机床技术领域，包括座体、多个圆柱形槽、多个球体以及弹性组件，座体上开设有卡接槽，卡接槽用于接受刀具柄部的插入，多个圆柱形槽呈环形阵列地开设于卡接槽的内壁上，圆柱形槽的轴线方向位于卡接槽的径向上，多个球体一一对应地滑动设置于各圆柱形槽内，弹性组件用于驱动各球体向卡接槽轴心方向滑动，以使球体与刀具柄部的环形卡槽卡接。该刀具夹持机构通过卡接槽完全容纳刀具柄部，从刀具的非轴向对刀具进行限位，能够有效避免刀具歪斜，通过弹性组件与各球体配合，能够使各球体从刀具柄部的四周卡入到刀具柄部的环形卡槽内，从而在刀具轴向对刀具进行夹持固定，操作方便。