Bom amigo, eu curso engenharia mecanica..

Tudo o que você perguntou ira depender dos parametros que voce espera que sua maquina opere.

Se for apenas para desbastar a superficie de cobre dessas placas de circuito, que tem seu interior feito de fibra de vidro. voce nao tera problemas pois o material é macio e praticamente nao oferece resistencia ao corte. use uma micro retifica dremel com uma fresa HSS (aço rapido). isso dara conta do corte.

vou tentar responder as perguntas.

*Como determinar as dimensões totais do projeto, visto que a área de trabalho devera possuir 20 cm x 20 cm.
   A rigor, voce teria de calcular primeiramente os esforços que a maquina vai sofrer. o unico esforço relevante é a reação a pressao da fresa na peça, mais uma vez, como seu material é macio, esse esforço sera quase nenhum para altas rotações da máquina e um avanço de corte moderado. Se voce quiser realmente calcular isso precisará de livros rs. Que falem a respeito de: dinamica do corte (em função da velocidade da fresa avanco e resistencia do material voce sabera o esforço sofrido na ferramenta de corte), resistensia dos materiais ( sabendo os esforços você sabera o quanto de tensão e consequentemente o quanto de deformação voce tera em determinado material ) isso vai te ajudar a dimensionar por exemplo os eixos ou as colunas da máquina. exiset um software chamado solidworks que faz simulações desses esforços apartir do projeto desenhado nele, não é simples de usar.)
   Se voce realmente quiser dimensionar sua maquina, saiba que isso e uma ciencia de 3 anos hahahah
   Meus concelhos são.
          1- Utilize a estrutura super dimensionada, um tamanho que intuitivamente resista aos esforços. peça ajuda a um amiguinho da mecanica.
          2- Utilize algum projeto já dimensionado para a mecanica e desenvolva apenas a parte que cabe especificamente a sua formação.
          3- UTILIZE MATERIAS MACIOS COMO MADEIRA, POLIPROPLENO, NYLON, use as ferragens basicamente nos eixos. materias macios sao mais baratos, mais faceis de usinar.


*Como calcular todos os esforços que a estrutura devera suportar.

           Respondido acima, pra mim o melhor caminho seria um colega que sacasse de soliworks e te entregue o serviço.
                Não é tão simples, eu ja fiz isso para projetos de conclusão por 50 mangos

*Como determinar que tipo de material sera feita a estrutura a fim de suportar todos esforços garantindo a precisão nos movimentos.
             Quanto mais resistente o material, menor sera seu tamanho, existe uma propriedade chamada tensao de escoamento, ela dita a deformação do material em funcao da tensao aplicada, no seu caso, para estrutura use madeira ou plasticos ( polypropleno nylon etc.)

*Como determinar as características que os motores de passo deveram possuir para o funcionamento adequado da estrutura.
           Isso é facil, da uma olhada na wikipedia sobre motores de passo Hahaha. se encontrar o que voce quer comprar de uma olhadinha no datasheet dele. a rigor, o moter de passo tem que ter força para empurrar a peça+pressão de corte+atritos , lembrando que a transferencia de  movimento rotacional para linear tem uma certa vantagem mecanica, ou seja, perde-se velocidade para ganhar-se força. se quiser saber mais, pergunte a um amigo da mecanica ou pegue um livro de mecanica. essa matéria é do basico de engenharia.
*Que tipos de guias para os eixos utilizar.

   Na verdade os eixos sao fixados por mancais, os eixos de guia normalmente sao de aço cromo ou inox bem polidinhos, a fresa corre nele por buxas de nylon ou bronze.


*Que tipos de mancais para as guias utilizar.

    No seu caso nao existem grandes restriçoes quanto a isso, use um mancal que mantenha os rolamentos onde voce quer. peça para fresarem um em madeira para voce ou compre.

*Que tipo de transmissão de movimentos utilizar, sempre garantindo um equilíbrio entre custo x qualidade.

    Voce nao precisa de tanta precisão. 0,5 mm ta otimo. use um barafuso e uma rosca fina, se quiser mesmo compra um sem fim.

*Como calcular o deslocamento do conjunto motor + transmissão

    que tipo de deslocamento? desalinhamento e de vibrações? no seu caso, se fixado apertado voce nao tera problemas, nem vai precisar de acoplamento flexivel ( compensa desalinhamento e vibração , no video que vc passou e usado um acoplamento flexivel.)


*Dentre quaisquer outros aspectos mecânicos que o projeto abrange

    Outros aspectos que nao lhe trarao problemas mas existe:
        Ruido, atrito, calor