Na chwilę obecną łatwo można zauważyć, że z tematem jesteś zaznajomiony.
Powiem więcej - aż miło słucha sie ludzi, którzy zabierając sie do konstruowania czegoś w pierwszej części prac sięgają po fachową literaturę.
A teraz sedno - otóż jak już mówiłem wszystko cacy z jednym wyjątkiem - nie zaznaczyłeś w opisie swojej obrabiarki jaką ma ona przyjąć "postać"
Chodzi o to czy będzie to frezarka o ruchomej bramie (a'la ploter) czy np tradycyjna frezarka ze stołem krzyżowym, itp.
Dlatego rozpocząłem swoje uwagi od tej części gdyż według mnie oczywiści to jeden z naistotniejszych czynników (żeby nie powiedzieć naistotniejszy) wpływający na dalszą budowę urządzenia.
Wspomniałeś coś o obrabianiu stali - moje zdanie na temat wyboru konstrukcji oraz stali jest jedno - stół krzyżowy i oś Z usytuowana nieruchomo w poziomie nad centrum stołu.

Dlaczego wybór padł akurat na takie mechaniczne rozwiązanie układu osi XYZ - to proste - aby obrabiać stal, należy używać stosunkowo dużych sił, a aby używać stosunkowo dużych sił należy zbudować solidną ramę - nie zapominając podczas budowy o jednym z czynników podstaw konsrukcji maszyn - optymalizacji.No bo co z tego że zbudujesz sztywną konstrukcję z ruchomą ramą jeżeli koszty jej budowy będą np 3 krotnie wyższe ze względu na mus zakupu większej ilości materiału na ramę w celu uzyskania odpowiedniej sztywności.
To tak jakby wieszać obrazek z komuni na 4 śrubach fi 40 - wisieć wisi - co z tego że kupiliśmy za dużo śrub o za dużej średnicy.

Kontynujuąc rozważania i zakładając że skupiamy się na trdycyjnej konstrukcji ze stołem krzyżowym musimy uwzględnić wady i zalety tego wyboru.
Tak więc zaletą chyba najcenniejszą w naszym przypadku będzie możność używania większych sił na osi Z niż w przypadku proporcjonalnie (cena, ilość elementów ramy) zbudowanego "plotera"
Wadą natomiast - gabaryty - nas jednak to nie dotyczy gdyś obszar roboczy jest stosunkowo nieduży i nie musmy się zamartwiać faktem że przy tym rodzaju konstrukcji stracimy nieco na posuwie (znów w porównaniu do plotera)

Kolejny etap - prowadnice - znów analiza:
Co obrabiam - Stal(skupiam sie na najtwardszych metalach gdyż budując konstukcje dla nich na pewno będzie od razu odpowiednia dla każdego bardziej miękkiego tworzywa)
Posuw na osiach x, y - 250 mm
Siły na osiach (razem z osią z) - duże (cały czas dla stali:))
Wymagana dokładność - 0,01 - duża
Wymagany szybki ruch - nie

Założyłeś prowadnice zbudowane z pręta fi 20 oraz łozysk liniowych - dla mnie wybór w 99% trafiony.
A dlaczego nie w 100%??
Po pierwsze - obrabiamy stal - duże siły i większe ryzyko zginania prętów a co za tym idzie strata dokładności.
Tak więc proponowałbym 3 alternatywne rozwiązania:
a)zwiększenie średnicy do fi 25
b)podparcie prętów fi 20 na całej długości w celu usztywnienia osi
c)rozważenie zakupu innego rodzaju prowadnic - np prowadnic liniowych - to rozwiązanie chyba najmniej opłacalne ze względów ekonomicznych

Powiedzmy że wybór padł na podpunkt b - ze wzgędu na to iż pręty mamy kupione i docięte na wymiar.

Kolejny etap - RAMA
Kolejny czynnik wpływający na to jaki rodzaj konstrukcji wybraliśmy.
Skupiamy się cały czas na konsrukcji opartej na sole krzyżowym.Wiemy że prowadnice maja być podparte, że działające siły są stosunkowo duże ze względu na rodzaj obrabianego w przyszłości tworzywa i potrzebujemy określoną odgórnie dokładność 0,01.
osobiście polecałbym rozwiązanie bazujące na odlanie korpusu z żeliwa - choć to nieetyczne dla naszych kieszeni bo z tego co mi wiadomo to odlew jest kosztowny.
Alternatywą w naszym przypadku jest więc konstrukcja oparta na stalowych profilach - do tego typu konstrukcji polecałbym kształtownik zamknięty o przekroju kwadratu oraz długości krawędzi równej 50mm.
To zapewni:
a)dużą sztywność (choć mniejszą niż w przypadku odlewu)
b)Łatwy dostęp do elementów
c)Możliwość modyfikacji w przyszłości konstrukcji ( wydłużenie posuwu na osiach itp) co byłoby trudniejsze do zrealizowania w przypadku odlewu
d)Obniżenie kosztów - znacznie mniejsze niż w 1 przypadku

Łatwo więc zauważyć że kosztem sztywności zyskaliśmy obniżenie wydatków, łatwość dostępu budulca, oraz możliwość łatwiejszej modyfikacji.
Łatwo również zauważyć że utraconą sztywność redukujemy używając podpieranych na całej dłygości prowadnic.Same +:)

Kolejny, ostatatni element mechaniki to sposób przekazania napędu w celu uzyskania posuwu w 3 osiach.
Oczywiście posuw odbywa sie na śrubach - stosunkowo niska cena, ogólnodstępność.
a)trapezowych - duża precyzja, niska cena, łatwość dostępu
b)kulowych - bardzo wysoka precyzja, bardzo wysoka cena

I tutaj musimy uwzględniać kryteria ekonomiczne. Z tego względu wybór pada na teoretycznie gorszą dokładność kosztem obniżenia cen. A teoretycznie dlatego iż ich dokładność jest na tyle duża że znajdzie się w przedziale wymaganej dla nas dokładności.
Po co więc płacić za coś czego nie odczuje nikt oprócz naszego portfela:)

Z "ogólniedostępnych" rozwiązań analizujemy
a)silniki krokowe
b)serwomotory

I tak - zalety silników to napewno cena ich zakupu oraz zakupu sterowników oraz duża dokładność.Wady zaś to - "gubienie kroków" w przypadku zbyt dużych sił działających oraz uzycia zbyt dużych prędkości.
Serwomotory rozpieszczą nas precyzją a rozczarują ogromną ceną ich samych oraz serowania do nich.
No i uwzględniając że potrzebujemy stosunkow dużą dokładność w obrabianiu twrdego materiału jednak bez konieczności szybkiem obróbki i dodając do tego aspekt kosztów mój wybór chyliłby sie raczej ku silnikom krokowym a że pana kieszeń bardziej obfitueje w talary - wybór pada na serwomotory:)

I kolejny już końcowy dylemat - połączenie czopa wału serwa z czoperem śruby.
2 "typowe" rozwiązania:
a)Sprzęgło
b)koło zębate + pasek
Rozwiązanie a zapewni nam wszystkie wymagane czynniki czyli jest wystrczająco mocne, tanie, stosunkowo łatwo dostępne, precyzyjne
Rozwiązaniem b natomiast będziemy bardziej uradowani ze względu na możliwość zastosowania przekładni - redukcyjnej w naszym przypadku.
Pozwala to na zakup silników/serw o mniejszej mocy co za tym idzie obniżenie kosztów po raz kolejny przy braku zaniku wymaganej precyzji.Reduktor jednak powoduje wolniejszą pracę urządzenia, jednak ten aspekt akurat nie miał dla nas większego znaczenia.

Wydaje mi się że dobór elementów elektroniki nie jest już konieczny - gdyż oczywistym jest że jeżeli silnik krokowy i precyzja wchodzą w grę to powiedzmy sterownik mikrokrokowy, a że projektant wybrał serwa problem z głowy - 100% dokładnść pozycjonowania.

Co do wrzeciona wystarczającym wydaje się być minimum 10 tys obr na min aczkolwiek z możiwościa regulacji w górę i w dół ze względu na fakt możliwości obróbki tworzywa innego niż stal.

I frezrka gotowa:)

Ps - specjalista ze mnie żaden, aczkolwiek chęć pomocy powodowała mną podczas pisania tego artykułu - wybaczcie błędy:(